DE60024613T2

DE60024613T2 - Verfahren zur herstellung von futterpellets sowie anlage zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE60024613T2
Application number: DE60024613T
Authority: DE
Inventors: Geir Odd ODDSEN; Harald Skjorshammer; Hirth Fred THORSEN
Original assignee: Nutreco Aquaculture Research Centre AS
Current assignee: Nutreco Aquaculture Research Centre AS
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2020-03-18
Also published as: ATE311759T1; IS2245B; CA2367591C; NO991447D0; US20050136164A1; CA2367591A1; NZ514831A; JP2002539806A; AU770697B2; EP1179983A1; NO991447L; EP1179983B1; KR20020000787A; WO2000057718A1; DE60024613D1; ES2254153T3; IS6075A; AU3336200A; KR100699126B1; NO309253B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Futterpellets, bei welchem feuchte Futterpellets einem negativen Druck ausgesetzt werden, worauf ein Trocknungsprozess folgt, um ein poröseres Pellet und eine geringere Temperaturbelastung zu erhalten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Verwendung bei der Durchführung des Verfahrens, wobei die Anlage insgesamt eine Pelletkammer, die vorzugsweise stromab von einer Pelletiermaschine angeschlossen ist, und eine Extrudiervorrichtung für Pellets oder eine ähnliche pelletbildende Vorrichtung aufweist.
Futterpellets für Fisch und Tiere werden im industriellen Maßstab in einem mehrstufigen Prozess hergestellt. Die Komponenten werden zu einer teigartigen Masse vermischt, die durch hohen Druck und hohe Temperatur zu Pellets geformt wird, beispielsweise in einem so genannten Extruder, wonach die Pellets getrocknet und gekühlt werden. Da an die Umgebungsatmosphäre warme Pellets , die gewöhnlich 100 bis 140°C aufweisen, abgegeben werden, expandieren die Pellets aufgrund des Innendrucks und von aus den Pellets aussiedender Flüssigkeit. Die Expansion ergibt Pellets mit einer porösen Struktur.
Die Pellets werden in Stücke einer gewünschten Länge geschnitten. Eine in dem expandierten Pellet rückbleibende restliche Feuchte führt dazu, dass die Pellets getrocknet werden müssen, um eine Lagergüte zu erhalten. Ein solches Trocknen kann auf mehrere Weisen folgen, von denen einige dem Fachmann bekannt sein sollten.
Die Porosität oder das spezifische Gewicht des vollständig ausgebildeten Produkts kann ein wesentliches Kriterium für die Qualität mehrerer Arten von Nahrungsmittel- und Futterprodukten sein, wozu Futterpellets für Zuchtfisch gehören. Die Porosität des Produkts hat Bedeutung für die Möglichkeit, flüssige Nährstoffe zuzugeben, die in das Produkt absorbiert werden. Die Porosität hat weiterhin Bedeutung für die Schwimmfähigkeiten in einem geeigneten Medium sowie für die Texturkriterien, wie Knusprigkeit, Maulgefühl und Zähigkeit. Für Pellets von Fischfutter ist die Porosität im Hinblick auf die Fähigkeit, dass die Pellets Öl bei dem Herstellungsprozess absorbieren, und auf die Schwimmfähigkeit/den Auftrieb im Wasser beim Füttern wichtig.
Die japanischen Patentzusammenfassung JP-A-02 138 944; WO-A-9 803 080; WPI, Derwent Eintrag Nr. 1997–409 865 und JP-A-9 182 561 sowie EP-A-0 927 522 offenbaren Verfahren, bei denen den extrudierten porösen Futterpellets flüssiges Fett zugegeben wird.
Vorhandene Herstellungsverfahren sind schwierig genau dahingehend zu steuern, dass das Produkt die gewünschte Porosität hat oder dass die Produkte, Futtersubstanzen, Futterpellets usw. eine ausreichende Porosität haben, um die gewünschte Absorption von Fett zu erreichen.
Für einige Produkte ist es wichtig, dass man den Herstellungsprozess auf ein Expansionsminimum in beispielsweise Pellets steuern kann, während für andere Produkte das Entgegengesetzte zutrifft. Bei der Herstellung von u. a. Futter für Haustiere, beispielsweise für Hunde und Katzen sowie Futter für Zuchtfisch, ist diese Möglichkeit der Steuerung des Grads der Expansion/Porosität wesentlich, da das Ziel häufig darin besteht, dass soviel wie möglich Fett/Öl in einem darauf folgenden Verarbeitungsschritt zugegeben werden kann. Für Fischfutter ist die Steuerung des Ausmaßes der Expansion besonders wichtig, da ein solches Futter zusätzlich nach seiner Fett/Öl-Absorption definierte Sinkfähigkeiten haben sollte.
Das üblichste Verfahren, die Porosität zu erhöhen, besteht darin, die mechanische und thermische Energiemenge zu steigern, die den Rohmaterialien in der Extrudierstufe des Fertigungsprozesses hinzugefügt wird. Wenn die Ausgangsmischung Überschussdampf nach der Extrusion erhält, expandiert der Überschussdampf und führt zu einer größeren Porosität. Es ist auch möglich, dem Extruder verdichtetes Gas zuzuführen, wie es in dem Dokument US Patent 5 587 193 offenbart ist. In den Patentveröffentlichungen WO 9503711 und 9816121 sind Einrichtungen zum Reduzieren der Porosität nach der Extrudierstufe durch Abziehen von positivem Druck und Überschussdampf innerhalb des Extruders erwähnt. In dem Dokument US Patent 5 527 553 wird ein Verfahren erläutert, bei welchem die Pellets direkt in ein warmes Ölbad von 107 bis 232°C geführt und in dem Ölbad auf eine gewünschte Länge geschnitten werden. Der Expansionsgrad der Pellets wird durch Ändern der Öltemperatur gesteuert.
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anlage der anfangs erwähnten Art zur Verwendung bei der Herstellung von porösen Pellets bereitzustellen, wobei eine bessere Steuerung der Porosität des Futterproduktes als bei bekannten Techniken erhalten werden kann.
Ein weiteres Ziel ist das Erreichen einer geringeren Temperaturbelastung an dem Produkt beider Verarbeitung. Während bekannte Verfahren normalerweise eine Extrazuführung von Energie, wie Wärme, erfordern, um eine erhöhte Expansion zu erreichen, wurde mit Hilfe der Erfindung ein entgegengesetzter Effekt von dem, was normalerweise zu erwarten wäre, erreicht. Durch die Verwendung eines negativen Drucks auch bei dem darauf folgenden Trocknungsprozess und möglicherweise einem Frittierprozess, kann eine erheblich geringere Temperaturbelastung für das Produkt als durch herkömmliche Verfahren erreicht werden.
Dieses Ziel wird durch ein Vorgehen entsprechend dem Verfahren, wie es im Anspruch 1 definiert ist, und durch die Anlage, wie sie in Anspruch 5 definiert ist, ermöglicht.
In der Praxis erfolgt dies normalerweise durch Extrudieren von Pellets in an sich bekannter Weise, jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, dass der die Pellets in die Pelletkammer abgebende Extruder mit reduziertem Druck arbeitet. Die Verwendung von reduziertem Druck ergibt in diesem Zusammenhang eine verbesserte Kühlung, d. h. eine geringe Temperaturbelastung an dem Futter und eine gesteigerte Verdampfung des wärmenden Wassers. Pellets, die einem reduzierten Druck unterworfen werden, expandieren auch stärker als üblich, und eine erhöhte Verdampfung des Wassers trägt zum Ziel von poröseren Pellets bei. Die Expansion kann dadurch eingestellt werden, dass der negative Druck justiert wird. Insoweit haben ausgeführte Versuche gezeigt, dass das Verweilen von Pellets bei niedrigem Druck eine kurze Dauer haben kann, in typischen Fällen von einigen wenigen Sekunden bis zu einer Minute, wonach die Pellets einem Trocknungsprozess zugeführt werden.
Versuche haben gezeigt, dass die Pellettemperatur von etwa 90° auf etwa 50°C abfällt, wenn der Druck (innerhalb der Pelletkammer) von 1000 auf 200 mbar verringert wird. Gleichzeitig wird das Pellet nach der Behandlung mit negativem Druck poröser, da die Dichte (weniger Gewicht pro Volumeneinheit) von etwa 450 auf 280 g/l Pellets abnimmt. Andere Versuche haben gezeigt, dass auch ein Druck von weniger als 200 mbar eine günstige Wirkung auf die Steuerung der Porosität der Futterpellets hat.
Die nachstehende Tabelle zeigt die Ergebnisse, die in einer Versuchsreihe mit extrudiertem Fischfutter unter Verwendung des Verfahrens mit der Anlage nach der Erfindung erhalten wurden. Die Ergebnisse zeigen eine markante Zunahme im Pelletdurchmesser und eine Reduzierung der scheinbaren Dichte als Expansionsmaß, wenn der Druck in der Pelletkammer von 1000 mbar auf 200 mbar reduziert ist. Die Temperatur nimmt durch das Abfallen des Drucks als Folge der erhöhten Verdampfung ebenfalls ab. Der Versuch, auf den hier Bezug genommen wird, dient nur der Veranschaulichung und soll den Umfang der Anmeldung nicht begrenzen.
Bei den erwähnten Versuchen lag der Verweilzeitraum bei negativem Druck in der Pelletierkammer bei 20 s. Versuche mit fortlaufender Abführung aus der Pelletkammer (d. h. ein Verweilen von weniger als 5 s) und einem Verweilen von 40 s haben entsprechende Ergebnisse für die Expansion wie die oben angegebenen gezeigt.
Eine Anlage zur Verwendung bei der Herstellung von Futterpellets zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, dass die Pelletkammer so angeordnet ist, dass sie auf einem niedrigeren Druck als dem Umgebungsdruck gehalten werden kann, dass ihr Auslass mit einem Ölbehälter über einer Trocknungsanlage verbunden ist, zu der das Pellet überführt wird, und bei welcher der Ölbehälter oder die Trocknungsanlage auch so angeordnet ist, dass sie einen niedrigeren Druck als den der Umgebung aufrechterhalten kann.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den anschließenden Trocknungsprozess ebenfalls bei einem Druck ausführen zu lassen, der niedriger als der Umgebungsdruck ist. Dieser Verfahrensschritt ist deshalb vorteilhaft, weil er das Erreichen des beabsichtigten Ziels begünstigt, wobei auch dieser Schritt nicht für die Ausführung des Verfahrens kritisch ist, ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erreichen. Das gleiche gilt für den Frittierprozess, der bei reduziertem Druck in einem Behälter ausgeführt wird, der mit Öl gefüllt ist, wodurch der Frittierprozess die anschließende Trocknungsbehandlung bildet. Im übrigen kann der Trockenprozess auf bekannte Weise durchgeführt werden, beispielsweise durch Trocknen in Luft.
Die Erfindung weist auch ein Verfahren auf, bei welchem das Pelletieren unter einem ersten verringerten Druck ausgeführt wird, während das darauf folgende Trocknen bei einem zweiten reduzierten Druck ausgeführt wird.
Der erste Druck und der zweite Druck können identisch oder voneinander verschieden sein.
Wie erwähnt, ist eine reduzierte Temperatur günstig für temperaturempfindliche Komponenten, während eine erhöhte Porosität günstig für die Fähigkeit der Pellets ist, Öl zu absorbieren unabhängig davon, ob das Öl in Verbindung mit dem Frittieren oder, nachdem die Pellets auf andere Weise getrocknet wurden (beispielsweise durch Trocknen in warmer Luft), zugegeben wird. Der Auslass der Pelletkammer kann ein an ihr angeordnetes Drehschleusengehäuse sein, wodurch es möglich ist, die gebildeten Pellets kontinuierlich oder in Chargen abzuziehen, während gleichzeitig der negative Druck aufrechterhalten wird.
Erfindungsgemäß werden die Pellets in einer Pelletiermaschine hergestellt und von da in die Pelletkammer geführt, die bei reduziertem Druck arbeitet. Die Größe des negativen Drucks bezüglich des Atmosphärendrucks ist im Hinblick auf die gewünschte Expansion der Pellets eingestellt. Dies hat gezeigt, dass eine wesentliche bessere Steuerung der Expansion und Porosität als durch Maßnahmen erhalten wird, die in bekannter Weise vor oder während des Pelletisierens ausgeführt werden. Man geht davon aus, dass der Grund darin besteht, dass beim Ändern einzelner Parameter des Pelletisierprozesses auch andere Parameter beeinflusst werden, die für ein gutes Ergebnis wichtig sind. Das beruht darauf, dass der Pelletisierprozess physikalische und chemische Strukturen der Rohmaterialien mit Hilfe der gleichen Maßnahmen erzeugt, die die Expansion steuern (Wärme, Wasser und Druck).
Man könnte vielleicht glauben, dass der gleiche Effekt wie bei der Erfindung erreicht werden kann, indem der Druck durch Pelletisieren und Produzieren von Pellets in freie Luft hinein bei dem gleichen Druckabfall wie bei dem erfindungsgemäß erreichten erhöht wird. Eine solche Druckerhöhung hat jedoch diesen Effekt nicht. Es wird normalerweise mit Druckänderungen gearbeitet, beispielsweise beim Extrudierprozess über 1 at (über 1000 mbar), ohne dass die Expansion und Porosität auf eine Weise beeinflusst wird, die erwähnenswert wäre. Bei der Herstellung von Tierfutter liegt der Druck vor dem Pelletisieren zwischen 15 und 40 at, was von der Wahl der Rohmaterialien und der gewünschten Qualität des Endprodukts abhängt. Der Druck ist ein Parameter, jedoch nicht der wichtigste Prozessparameter zum Einstellen der Expansion.
Als Erklärung des überraschenden Effekts, der bei Anwendung der Erfindung erhalten wird, wird in Betracht gezogen, dass ein schnelleres Aussieden von Wasser und ein darauf folgender Temperaturabfall die wichtigsten Parameter sind. Der Temperaturabfall führt zu der Pelletmatrixfixierung, wodurch der ansonsten zu erwartende Schrumpfeffekt verhindert wird. Der Druck in der Pelletkammer kann in dem Druckbereich von 0 mbar bis gerade unter Atmosphärendruck liegen und liegt in typischen Fällen zwischen 100 und 800 mbar.
Nach dem Verfahren der Erfindung werden poröse Pellets in an sich bekannter Weise, jedoch mit dem neuen Merkmal erzeugt, dass die Pellets in eine Pelletkammer abgegeben werden, die auf einem Druck gehalten wird, der niedriger ist als der Umgebungsdruck und gewöhnlich im Bereich von 100 bis 800 mbar liegt.
Nach dem Verfahren der Erfindung wird Wasser aus den Pellets entfernt und die Poren werden in den darauf folgenden Verarbeitungsstufen mit Fett gefüllt.
Erfindungsgemäß hat der Auslass einer bekannten Pelletiervorrichtung eine daran angeordnete Pelletkammer, die so angebracht ist, dass sie auf einem Druck gehalten werden kann, der niedriger ist als der der Umgebung, und die mit einer Torschleusenöffnung so versehen ist, dass Pellets kontinuierlich oder in Chargen aus der Pelletkammer abgezogen werden können, während die Kammer auf einem reduzierten Druck gehalten wird.
Im Folgenden wird die Erfindung weiter im Einzelnen mit Hilfe einer beispielsweisen Ausgestaltung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in welcher die einzige Figur eine schematische Seitenansicht einer Anlage zur Herstellung von Pellets ist.
In der Zeichnungsfigur bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Pelletiermaschine mit einem Auslass 2, der in eine Pelletkammer 3 mündet. Die Pelletkammer 3 hat eine an ihr angeordnete erste Vakuumpumpe 4, die so angebracht ist, dass sie den Luftdruck in der Pelletkammer 3 auf einem ersten gewünschten Wert hält, der niedriger als der Umgebungsdruck ist. An ihrem unteren Ende ist die Pelletkammer 3 mit einem Auslass 5 versehen, in welchem eine Torschleusenvorrichtung 6 bekannter Bauweise angeordnet ist, so dass der niedrige Druck der Pelletkammer 3 aufrechterhalten werden kann, während das Pellet abgeführt wird. Die Torschleusenvorrichtung 6 kann vorteilhafterweise in Rotationsbauweise ausgeführt sein, so dass die Pellets kontinuierlich aus der Pelletkammer 3 abgeführt werden können.
Der Auslass 5 ist mit einem Einlass 7 im oberen Teil eines Ölbehälters 8 verbunden, der teilweise mit Öl gefüllt ist, was nicht gezeigt ist. Der Ölbehälter 8 hat eine an ihm angeordnete zweite Vakuumpumpe 9, die zur Aufrechterhaltung des Luftdrucks innerhalb des Ölbehälters 8 auf einem zweiten gewünschten Wert angebracht ist, der niedriger als der Umgebungsdruck und normalerweise auch niedriger als der erste gewünschten Druck in der Pelletkammer 3 ist. Der Ölbehälter 8 ist weiterhin in bekannter Weise mit einem Heizelement mit einer Thermostatsteuerung und mögli cherweise mit einem Rührer, der nicht gezeigt ist, für das Frittieren der Pellets versehen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Futterpellets, bei welchem die Pellets erzeugt und einem Trocknungsprozess unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Trocknen die Pellets erzeugt und in eine Pelletkammer (3) ausgetragen werden, die auf einem Druck gehalten ist, der niedriger als der Umgebungsdruck ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Pellets dem reduzierten Druck über einen Zeitraum in der Größenordnung von wenigen Sekunden bis etwa eine Minute unterworfen werden und dass ein folgender Trocknungsprozess bei einem reduzierten Druck bezogen auf die Umgebung bei einer Temperatur von weniger als 100°C ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem der Trocknungsprozess in einem Ölbad (8) ausgeführt wird, was wie eine Backbehandlung im schwimmenden Fett wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die Pellets durch Extrusion erzeugt und in eine Pelletkammer (3) ausgetragen werden, die auf einem ersten reduzierten Druck gehalten wird, wobei der darauf folgende Trocknungsprozess bei einem zweiten reduzierten Druck ausgeführt wird.
Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Pelletiermaschine (1) oder einer Extrusionsvorrichtung für Futterpellets für Fische und Tiere, dadurch gekennzeichnet, dass die Pelletiermaschine (1) oder die Extrusionsvorrichtung einen Auslass (2) hat, der in eine Pelletkammer (3) mündet, und dass die Pelletkammer (3) so angepasst ist, dass sie auf einem Druck gehalten werden kann, der niedriger als der Umgebungsdruck ist und beispielsweise in der Größenordnung von 100 bis 800 Millibar liegt.
Anlage nach Anspruch 5 mit einem Öl enthaltenden Behälter (8), wobei die Pelletkammer (3) einen Auslass (5) hat, der direkt oder indirekt in den Ölbehälter (8) führt, der ein Behälter zum Backen in schwimmendem Fett ist, und darüber hinaus so angepasst ist, dass er auf einem Druck gehalten werden kann, der niedriger als der Umgebungsdruck ist und beispielsweise in der Größenordnung von 100 bis 800 Millibar liegt.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pelletkammer (3) und der dem Ölbehälter (8) ein Schleusenkörper (6) angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleusenkörper (6) so angepasst ist, dass er dreht, um eine kontinuierliche Zuführung der Pellets aus der Pelletkammer (3) heraus zu ermöglichen.
Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pelletkammer (3) eine erste Vakuumpumpe (4) zugeordnet ist, die so angepasst ist, dass der Luftdruck in der Pelletkammer (3) auf einem ersten gewünschten Druck gehalten wird, der niedriger als der Umgebungsdruck ist, und dass dem Ölbehälter (8) eine zweite Vakuumpumpe (9) zugeordnet ist, die so angepasst ist, dass der Luftdruck in dem Ölbehälter auf einem zweiten gewünschten Druck gehalten wird, der niedriger als der Umgebungsdruck und möglicherweise auch niedriger als der erste Wert ist.