DE68923481T2 - Verfahren zum Behandeln von Sojabohnen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Sojabohnen, um so Sojabohnenöl daraus zu extrahieren und Sojabohnenmehl zu erzeugen.
• Herkömmliche Versuche nach dein Stand der Technik zur Verarbeitung von Sojabohnen schließen die Verwendung schwerfälliger teurer Maschinerie ein, um die Vorbereitung der Sojabohne vor einer Lösungsmittelextraktion zu erleichtern. Beispielsweise werden nach dem Zerbrechen der Bohnen und der anschließenden Abtrennung der Hüllen- von den Kernteilen die gebrochenen Kerne mit Wasserdampf in großen Druckkochern, "Bohnenkonditioniereinrichtungen" genannt, konditioniert, die aufstromwärts von einer Flockenmühle angeordnet sind.
• Die Flockenmühlenmaschine selbst ist eine große teure Maschine, die beachtliche Energie erfordert, um zu laufen. Sie erfordert Erfahrung des Betätigungspersonals, um eine geeignete Flockendicke beizubehalten, und ist die Quelle für häufige Wartung unter periodischem Entfernen und Schleifen der Walzen. Die Flockenmühle arbeitet so, daß sie die mit Dampf konditionierten Kerne quetscht und ihnen etwas Scherkraft verleiht, was zur Bildung einer dünnen Mehlflocke mit einem Durchmesser von etwa 12,7 mm (50 Inch) und einer Dicke von etwa 0,25 bis 0,41 mm (10 bis 16 mil) führt.
• Nachdem das Mehl geflockt wurde, besteht der herkömmliche Weg darin, das geflockte Mehl zu einer weiteren Wärmebhandlungsstufe oder direkt zu Extraktionsverfahren zu führen. Diese weitere Wärmebehandlungsstufe kann in einer ummantelten Förderschneckenpresse erfolgen, wobei Wasserdampf in den Arbeitsabschnitt der Fördereinrichtung eingespritzt wird. Die Flocken werden dort mit Wasserdampf behandelt und mit Hilfe von Schneckengewindegängen und Brecherstiften, die sich radial einwärts in den Raum zwischen Schneckengewindegängen erstrecken, mechanisch bearbeitet. Die Flocken werden auch Rückstau ausgesetzt, der durch die Mundstückplatte am Abstromende der Schneckenfördereinrichtung verursacht wird. Das die Mundstücköffnungen der Schneckenfördereinrichtung verlassende Mehl kann am besten so beschrieben werden, daß es staubartige Teilchen einschließt, die in der Form eines Pellets oder von Pellets miteinander vereinigt sind.
• Nachdem die geflockten, mit Dampf behandelten Pellets die zweite Erwärmungsstufe verlassen haben, werden sie zu Extraktionsverfahren geschickt, die Extraktoren, Lösungsmittelentfernungsröster. Trocknungskühler, Mahl- und Mehlspeicherstationen einschließen. Grundsätzlich wird während dieser Verfahren das Mehl mit einem Lösungsmittel, wie Hexan, vermischt, welches das Sojabohnenöl löst. Das Gemisch von Sojabohnenöl und Lösungsmittel wird dann von den Mehlteilchen abgetrennt. Das erwünschte Sojabohnenöl kann dann aus der Lösungsmittellösung mit herkömmlichen Methoden, wie Destillation usw., isoliert werden. Das Mehl selbst wird von Lösungsmittel befreit, getrocknet und dann gemahlen und vor der Verwendung und/oder dem Verkauf gelagert.
• Der vorliegende Erfinder wurde mit dem Problem konfrontiert, den Versuch zu unternehmen, Maschineninvestitionsaufwendungen, Raumerfordernisse und Energieverbrauch in einem Sojabohnenverfahren zu minimieren. Hierzu wurde überraschenderweise gefunden, daß ein Mehl guter Qualität und eine zufriedenstellende Ölgewinnung erhalten werden konnten, selbst wenn das Flockungsverfahren vollständig weggelassen wurde. Außerdem und ausgehend von bestimmten be kannten Verfahren unter Verwendung einer zweiten Wärmebehandlungsstufe nach dem Flocken war nur eine einzige Wärmebehandlungsstufe aufstromwärts von der Extraktionsverfahrensstufe erforderlich.
• Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Verfahren zum Verarbeiten von Sojabohnen mit den Stufen, in denen man die Sojabohnen unter Bildung pulverartiger Teilchen pulverisiert, diese Teilchen unter Druckbedingungen mit Wasserdampf behandelt und poröse Pellets bildet, indem man die mit Wasserdampf behandelten Teilchen durch eine Werkzeugöffnung schickt, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Pulverisierungsstufe Hüllenteile der Sojaboh nen von den Kernteilen abtrennt und die Kernteile bricht, und daß man die gebrochenen Kernteile der Pulverisierungsstufe unterzieht.
• Somit führt die Erfindung zur Umwandlung von rohen Sojabohnen in Sojabohnenöl und Sojabohnenmehl ohne Flockung der Sojabohnen während des Verfahrens. Bei einer Ausführungsform werden die Sojabohnen unter Bildung einer Vielzahl von Kernteilen und Hüllenteilen, welche von den Kernteilen durch ein Vakuumsieb oder eine ähnliche Einrichtung entfernt werden, gebrochen. Danach werden die Kernteile in einer Hammermühle oder dergleichen unter Bildung pulverartiger Teilchen mit Durchmessern in der Größenordnung von etwa 0,25 bis 0,41 mm (10 bis 20 mil) pulverisiert. Anschließend treten die pulverartigen Teilchen in eine ummantelte Schneckenpressen-Fördereinrichtung ein, worin Wasserdampf in den Mantelraum eingespritzt wird. Während die Teilchen mit Wasserdampf behandelt werden und entlang den rotierenden Schneckengewindegängen vorrücken, werden sie mechanisch durch die Wirkung von Brecherstiften bearbeitet, die an dem Gehäuse befestigt sind und sich radial nach innen zwischen die Schneckengewindegänge erstrecken. An dem Abstromende der Schneckenfördereinrichtung ist eine Mundstückplatte mit Öffnungen darin angeordnet, und so werden die mit Wasserdampf behandelten und bearbeiteten Sojabohnenteilchen dazu gebracht, durch die Mundstücköffnungen auszutreten. Nach dem Austreten der Teilchen aus der Schneckenfördereinrichtung an den Öffnungen liegen sie in der Form von Pellets mit einer Schüttdichte von etwa 0,56 bis 0,64 g/cm³ (35 bis 40 lb/ft³) vor. Die Pellets werden dann zu herkömmlichen Extraktions-, Lösungsmittelentfernungsröster-, Mahl- und Speicherstationen geführt.
• Ein Verfahren auf Extrudierbasis zur Vorbereitung von Sojabohnen für direkte Lösungsmittelextration ist in "Journal of the American Oil Chemists", Band 61, Nr. 7, 1984, Seiten 1200 bis 1203 beschrieben. Dieses Verfahren besteht darin, daß man Sojabohnen in einer Hammermühle und einem Walzwerk zu Teilchen zerkleinert und danach die zerkleinerten Sojabohnen zu einem Extruder mit einer Schneckenzubringereinrichtung, einer Konditionierkammer, wo das Material mit Wasserdampf und/oder Wasser erhitzt wird, und einer Extrudierkammer mit Ausgangsdüsen, wo das konditionierte Material zunächst komprimiert und dann durch die Düsen ausgestoßen wird, schickt. Die extrudierten Agglomerate, die die Düsen verlassen, werden zu der Lösungsmittelextraktionsanlage befördert. Mit diesem Verfahren wird die ganze Bohne der vollen Behandlung unterzogen, und es sieht kein Brechen der Kerne und keine Entfernung der Hüllen vor dem Pulverisieren und dem anschließenden Behandlung der Kerne vor.
• Damit die Erfindung leichter verständlich ist, wird nun auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen, in welcher
• Fig. 1 ein schematisches Verfahrensdiagramm einer herkömmlichen bekannten Methode zur Verarbeitung von Sojabohnen ist und
• Fig. 2 ein schematisches Verfahrensdiagramm eines Verfahrens zur Verarbeitung von Sojabohnen nach der Erfindung ist.
• Wendet man sich nun der Zeichnung und speziell deren Fig. 1 zu, so ist dort ein herkömmliches bekanntes Verfahren zur Verarbeitung von Sojabohnen gezeigt, um so Öl daraus zu extrahieren und Sojabohnenmehl zu erzeugen. Die Bohnen werden zu einer Bohnenreinigungseinrichtung 2 befördert, worin ein Schüttelsieb oder dergleichen vorgesehen ist, wobei Verunreinigungen mit Hilfe eines Vakuums oder dergleichen von den Bohnen abgesaugt werden. Die Bohnen wandern dann zu einer Brechwalzenstation 4, worin die Bohnen in dem Walzenspalt einander gegenüberliegender rotierender Zylinder gebrochen werden. Die Hüllen können mit Hilfe einer Hüllenentfernungsstation 22, die in der Technik bekannt ist, aus dem Verfahren entfernt werden.
• Bei der Brechstation 4 werden die Kernteile der Sojabohnen üblicherweise in so viele wie sechs Teile zerbrochen. Abstromwärts von der Brecherwalze 4 ist in dem herkömmlichen Verfahren eine Konditionierstation 6, die grundsätzlich aus einem großen Druckkocher besteht, worin gewöhnlich Wasserdampf von 10,5 kg/cm² (150 psi) benutzt wird, um die Kerne mit Wasserdampf zu konditionieren. Gewöhnlich bleiben die Kerne während einer Verweilzeit von etwa 1/2 h in der Konditionierstation 6. Die resultierenden Kerne sind weich und haben einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 10 bis 12 %.
• Nach einer solchen Wasserdampfkonditionierung werden die Bohnen zu einer Flockenbildungswalzenstation 8 befördert, worin nach herkömmlicher Technologie die Bohnen durch den Spalt rotierender Walzen geführt werden, die mechanisch oder hydraulisch zusammengepreßt werden. Die Walzen rotieren mit etwas unterschiedlicher Geschwindigkeit, so daß ein leichtes Ziehen oder Strecken erfolgt. Dieses zerreißt Ölzellen in den Kernen und liefert eine Sojabohnenflocke mit einer Dicke von etwa 0,25 bis 0,41 mm (10 bis 16 mil) und einem Durchmesser von etwa 12,7 mm (0,50 in). Die Dichte der Flocken liegt in der Größenordnung von etwa 0,32 bis 0,42 g/cm³ (20 bis 26 lb/ft³).
• Nach der Flockenbildung können die Bohnen gegebenenfalls zu einer Schneckenpressenstation 10 befördert werden, die aus einer rotierenden Schneckenfördereinrichtung besteht, die mit einer mantelartigen Umhüllung versehen ist. Wasserdampf wird durch das Gehäuse der Schneckenfördereinrichtung gelassen. Die geflockten Kerne rücken entlang der Schneckengewindegänge vor und werden durch die Wirkung der Schneckengewindegänge und durch Benutzung von Brecherstiften, die zwischen den Schneckengewindegängen angeordnet sind und sich radial nach innen vom Gehäuse aus erstrecken, mechanisch bearbeitet. An dem Abstromteil der Schneckenfördereinrichtung werden die Kerne durch die Öffnungen geführt und treten in der Form von Pellets in der Größenordnung von etwa 12,7 mm (1/2 in) Durchmesser und mit Längen von etwa 19 mm (3/4 in) aus. Die Pellets werden von einem feinen pulverigen Flockenmaterial gebildet, das als ein Ergebnis der Flockenbildungswalzenstation 8 und der Schneckenpresse 10 in Kombination miteinander erzeugt wurde.
• Die so behandelten Sojabohnenkerne werden dann zu einer Extraktionsstation 12 geführt, worin ein Lösungsmittel für das Sojabohnenöl, gewöhnlich Hexan, zu einer Berührung mit den und einem Fluß durch die behandelten Kerne gemäß herkömmlichen Techniken gebracht wird. Das zurückgehaltene Lösungsmittel wird von dem extrahierten Material in einem Lösungsmittelentfernungsröster 14 abgetrennt. Gewöhnlich wird hier Dampfbesprühung verwendet, um die Trennung zu erleichtern. Das erwünschte Sojabohnenöl wird von dem Öl-Hexan- Gemisch mit herkömmlichen Destillationstechniken isoliert. Die so behandelten Kernteile oder Mehl werden dann zu einer Trocknungskühlerstation 16 befördert, bei Station 18 gemahlen und können für die Verwendung und/oder den Verkauf bei Station 20 gelagert werden.
• Wendet man sich nun Fig. 2 zu, so ist darin ein Verfahren gemäß der Erfindung wiedergegeben. Wie leicht ersichtlich ist, schaltet das Verfahren die Benutzung der Bohnenkonditioniereinrichtung 6 aus, welche herkömmlicherweise benutzt wird. Dies ist äußerst vorteilhaft, da die Konditioniereinrichtung eine große mühsame Maschine ist, die beim Kauf und in der Wartung teuer ist. Nachdem die Bohnen an der Brechwalzenstation 4 gebrochen und mit herkömmlichen Mitteln 22 von Hüllen befreit wurden, werden die Kernteile einer Pulverisierstation 30 zugeführt. Die Pulverisiereinrichtung kann eine Hammermühle oder eine ähnliche Apparatur umfassen, welche dazu eingerichtet ist, die Kernteile so zu pulverisieren, daß man eine Vielzahl pulverartiger Teilchen bekommt, die gewöhnlich Durchmesser oder Größen im Bereich von etwa 0,25 bis 0,4 mm (10 bis etwa 20 mil) haben. Es wird festgestellt, daß sich bei der Pulverisiereinrichtung 30 die behandelten Bohnen noch im trockenen Zustand (d. h. 9,5 bis etwa 11 % Feuchtigkeitsgehalt) befinden. Geeignete Hammermühlen schließen jene ein, die von Koppers, Inc. mit dem Warenzeichen "Sprout-Waldron CG" vertrieben werden. ln diesen Hammermühlen werden die gebrochenen Kerne gegen eine Brecherplatte getrieben, wo primär eine Größenverminderung erfolgt. Die Hämmer treiben dann das Material gegen ein Sieb, worin weitere Pulverisierung erfolgt. Die Endteilchengröße wird von dem Durchmesser der Öffnungen in dem Sieb bestimmt.
• Andere geeignete Hammermühlen werden von Prater, Inc. in Chicago, Illinois gebaut und vertrieben und als "Doppelsieb" oder "Dreifachsieb" eingestuft. In jedem Fall zerreißt das Pulverisieren Ölzellen und liefert eine feine Teilchengröße für die anschließende Abgabe an die Schneckenpressenstation.
• Unmittelbar abstromwärts von der Pulverisiereinrichtung 30 ist eine Schneckenpressenstation 10 angeordnet, die eine Schneckenfördereinrichtung ist, welche in einem Gehäuse eingeschlossen ist. Brecherstifte erstrecken sich von dem Gehäuse aus zwischen rotierende Schneckengewindegänge radial nach innen, um eine mechanische Bearbeitung der vorrückenden Kernteilchen zu unterstützen. Druckwasserdampf wird durch das Schneckenfördereinrichtungsgehäuse eingespritzt. Die Schneckenpresse setzt das Zerreißen der Ölzellen fort und liefert ein leicht extrahierbares Sojabohnenpellet mit einer Schüttdichte von etwa 0,56 bis 0,64 g/cm³ (35 bis 49 lb/ft³). Eine bevorzugte Schneckenpresse ist bei der French Oil Mill Co., Piqua, Ohio mit dem Warenzeichen "Enhanser Press" erhältlich.
• Nach dem Verlassen der Schneckenpresse 10 befinden sich die Bohnen in ähnlichem Zustand wie bei der herkömmlichen Technologie, die in Fig. 1 gezeigt ist, nach Passieren einer Extraktionsstation 12, worin Hexan oder ein geeignetes Lösungsmittel innig mit dem Mehlmaterial vermischt wird. Anschließend werden die Bohnen zu einem Lösungsmittelentfernungsröster 14 geschickt, worin das zurückgehaltene Lösungsmittel von dem extrahierten Materialteil der Bohnen abgetrennt wird. Das Mehl wird dann bei Station 16 getrocknet und gekühlt, bei Station 18 gemahlen und kann bei Station 20 für den Verkauf und/oder anschließende Verarbeitung gelagert werden.
• Es ist jetzt ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung die Verwendung der teuren Konditionierstufe ausschaltet und vor der Extraktionsphase (12, 14, 16) des Verfahrens nur eine Hitzebehandlungsstufe vorsieht.
• Vorteile des in Fig. 2 gezeigten Verfahrens schließen reduzierte Anlagenkapitalkosten ein, da die Pulverisier- und Schneckenpressen viel billiger als die herkömmlicherweise verwendeten Bohnenkonditionier- und Flockungswalzenstationen sind. Auch wird ein Pellet erhöhter Dichte im Vergleich mit der Verwendung der bekannten geflockten Bohnen gebildet. Dies erlaubt die Benutzung einer kleineren Extrahiereinrichtung während der Extraktionsphase der Sojabohnenverarbeitung.
• Außerdem wird das Verfahren gemäß Fig. 2 den Verbrauch an elektrischer Energie reduzieren, da die Pulverisiereinrichtung weniger Kraft für den Betrieb als die Bohnenkonditioniereinrichtung des bekannten Verfahrens benötigt. Weiterhin wird der Wasserdampfverbrauch durch das hier beschriebene und beanspruchte Verfahren reduziert, da die Schneckenpresse viel weniger Wasserdampf als die herkömmliche Bohnenkonditioniereinrichtung verwendet.
• Von Wichtigkeit ist auch die Tatsache, daß die Flockenwalze völlig ausgeschaltet wird. Wie nach dem Stand der Technik bekannt ist, bereiten die Flockungswalzen starke Wartungssorgen wegen des Walzenschleifverfahrens. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die Verwendung des vorliegenden Verfahrens kein erfahrenes Vorbereitungspersonal mehr benötigt, um eine geeignete Bohnenkonditionierung und Flockendichte beizubehalten. Die Pulverisiereinrichtung und Schneckenpresse sind viel leichter zu bedienen.

Claims (14)

1. Verfahren zur Behandlung von Sojabohnen mit den Stufen, in denen man die Sojabohnen unter Bildung pulverartiger Teilchen pulverisiert, diese Teilchen unter Druckbedingungen mit Wasserdampf behandelt und poröse Pellets bildet, indem man die mit Wasserdampf behandelten Teilchen durch eine Werkzeugöffnung führt, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Pulverisierstufe Hüllenteile der Sojabohnen von den Kernteilen abtrennt und die Kernteile bricht und daß man die gebrochenen Kernteile der Pulverisierungsstufe unterzieht.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit der Stufe, in der man anschließend Öl aus den mit Wasserdampf behandelten Teilchen extrahiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man in der Extraktionsstufe die mit Wasserdampf behandelten Teilchen mit einem Lösungsmittel, mit welchem das zu extrahierende Öl mischbar ist, in Berührung bringt und das Gemisch von Lösungsmittel und Öl von den Teilchen abtrennt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem man das Öl von dem Lösungsmittel trennt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Lösungsmittel Hexan umfaßt.

6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die pulverartigen Teilchen Größen im Bereich von etwa 0,25 bis 0,41 mm (10 bis 20 mil) haben.

7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Pellets Größen im Bereich von etwa 12,7 bis 25,4 mm (0,5 bis 1,0 in) im Durchmesser und von etwa 12,7 bis 25,4 mm (0,5 bis 1 in) in der Länge haben.

8. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 unter Einschluß eines Röstens der Teilchen, um eine weitere Abtrennung des Lösungsmittel-Öl-Gemisches von ihnen zu unterstützen.

9. Verfahren nach Anspruch 8 einschließlich einer Trocknung der gerösteten Teilchen.

10. Verfahren nach Anspruch 9 einschließlich eines Mahlens der getrockneten, gerösteten Teilchen.

11. Verfahren zur Umwandlung roher Sojabohnen in Sojabohnenöl- und Sojabohnenmehlanteile, bei welchem pulverartige Teilchen der Sojabohne mit Wasserdampf behandelt und durch eine Werkzeugöffnung geführt werden, um poröse Pellets zu bilden, und Sojabohnenöl aus den porösen Pellets extrahiert wird, gekennzeichnet durch die Stufen, in denen man vor der Wasserdampfbehandlung

a) die Sojabohnen unter Bildung mehrerer Kernteile und Hüllenteile bricht,

b) die Hüllenteile von den Kernteilen entfernt und

c) die Kernteile unter Bildung kleiner pulverartiger Teilchen mit Größen von etwa 0,25 bis 0,41 mm (10 bis 20 mil) pulverisiert.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem man in der Wasserdampfbehandlungsstufe die pulverartigen Teilchen durch eine eingeschlossene Schneckenfördereinrichtung führt und Wasserdampf in die eingeschlossene Fördereinrichtung einspritzt.

13. Verfahren zum Extrahieren von Öl aus rohen Sojabohnen des Typs mit einem den Sojabohnenkern umhüllenden Hüllenteil mit den Stufen, in denen man

a) geerntete rohe Sojabohnen reinigt,

b) die Sojabohnen bei Bedingungen hoher Temperatur und erhöhten Druckes kocht,

c) die aus der Stufe (b) stammenden Sojabohen durch ein Mundstück unter Bildung von Pellets extrudiet und

d) die Sojabohnen vor der Stufe (b) pulverisiert, um Wärmeabsorption durch diese Kerne während dieser Stufe (b) zu fördern, dadurch gekennzeichnet, daß man

e) die in Stufe (a) gereinigten Sojabohnen bricht,

f) die Hüllen von den Kernen trennt und

g) die Kerne in Stufe (d) pulverisiert.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem man in der Stufe (d) die Kerne unter Bildung pulverartiger Teilchen pulverisiert, von denen der überwiegende Teil Teilchengrößen von etwa 0,25 bis 0,41 mm (10 bis 20 mil) hat.