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Verfahren zur Überführung von feuchten, stärkehaltigen, insbesondere
mit Wasser angeteigten plastischen Massen, vorzugsweise von Teigwaren aller Art,
in einen getrockneten, haltbaren Zustand Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Überführung von feuchten, stärkehaltigen, insbesondere mit Wasser angeteigten, plastischen
Massen, vorzugsweise von Teigwaren aller Art in einen getrockneten, haltbaren Zustand.
Das Verfahren soll in mehreren, in ihrer Wirkungsweise scharf voneinander getrennten
Phasen erfolgen.
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Die Fachwelt sah bisher das Wesentliche bei zier Herstellung von haltbaren,
stärkehaltigen Massen in einer sorgfältigen Trocknung der angeteigten, durch Pressen,
Auswalzen o. dgl. Hilfsmittel verformten Ausgangsstoffe, mit dem Ziele, eine riß-und
spannungsfreie, glasige, kochfeste Ware zu erhalten. Man begnügte sich deshalb,
Trockenverfahren in Vorschlag und Anwendung zu bringen, welche die Erreichung solcher
Ziele begünstigten. Zum Beispiel wurde vorgeschlagen, beim Trocknen von Teigwaren
diese zunächst der Einwirkung von strömender, vorgewärmter Außenluft, sodann der
Einwirkung ruhender Luft und weiterhin von Luft auszusetzen, die in wiederholt wechselnder
Bewegungsrichtung die Ware bestreicht: In neuerer Zeit wurden derartige plastische,
mit Wasser angeteigte, stärkehaltige Massen überwiegend in drei Phasen mit Temperaturen
getrocknet, die im allgemeinen nicht über 5o° C hinausgehen. Gewöhnlich wurden die
angeteigten Massen nach erfolgter Formgebung bei 3o bis 40° C wieder angefeuchtet
und bei 35° C fertig getrocknet.
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Das Vortrocknen hat den Zweck, den Wassergehalt der plastischen Massen,
der nach der Verformung etwa 5o bis 4o%, bezogen auf Trockenbasis, beträgt, auf
25 bis 30% an der Oberfläche zu senken. Dabei entsteht ein Feuchtigkeitsgefälle
zwischen Kern und Oberfläche der Masse von beispielsweise etwa 20%. Die Dauer dieser
Phase
liegt gewöhnlich zwischen etwa 2o Minuten und 2 Stunden.
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Das Wiederanfeuchten (Schwitzen) der Masse soll das Feuchtigkeitsgefälle
zwischen Kern und Oberfläche auf etwa 12 bis 14% verringern, damit die Masse mit
einem möglichst gleichmäßig über dem ganzen Querschnitt verteilten Feuchtigkeitsgehalt
in die dritte und Endphase der Trocknung eintritt.
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Das Fertigtrocknen hat den Zweck, den Feuchtigkeitsgehalt der Masse
auf normal 130lo (bezogen auf Trockenbasis) zu senken. Diese Phase dauert sehr lange
und benötigt beispielsweise bei strangförmigem Gut 30, 5o und in besonderen Fällen
auch mehr Stunden, weil darauf geachtet werden muß, daß das Feuchtigkeitsgefälle
in der Masse einen gewissen Betrag nicht übersteigt. Es treten sonst Rißbildungen
auf, welche die Ware unbrauchbar machen. Je, schonender die Trocknung unterentsprechender
Ausdehnung der benötigten Zeit vorgenommen wird, desto besser wird nach der bisher
geltenden Theorie die Beschaffenheit der getrockneten Ware, eine Tatsache, die dem
Fachmann geläufig ist und zur Errichtung umfangreicher Anlagen zur Durchführung
der Trocknung zwang.
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Zur Herstellung quellfähiger, geformter Nährmittel ist insbesondere
für Weichweizenmehlprodukte ein Verfahren bekannt, bei welchem der Teig nach der
Formung bei einer Temperatur von ioo° C und darüber hinaus mit Wasserdampf allein
oder in Kombination mit heißer Luft behandelt werden soll. Als Erfolg dieser 15
Sekunden bis 20 Minuten dauernden Behandlung von Weichweizenmehlprodukten, wobei
vorzugsweise höhere als atmosphärische Drücke zur Anwendung gelangen, soll die Elastizität
und das glasige Aussehen von Weichwaizenteigwaren verbessert und die Haltbarkeit
der Produkte erhöht werden. Irgend eine Lehre, wie die Trocknungszeit bei angeteigten,
stärkehaltigen Massen abgekürzt werden kann, enthält die diese Verfahrensschritte
beschreibende Druckschrift nicht.
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In einer weiteren Druckschrift ist ferner schon ein Verfahren zur
Herstellung von kpchfesten Nährmitteln in Form von Grieß und reisähnlichen Körnern
aus Kartoffelstärke erwähnt, bei dem ein Stärke-Wasser-Gemisch mit einem Stärkegehalt
von nur 3o bis 5o% zu einer flüssigen Masse angerührt und durch Erhitzung vollkommen
verkleistert wird, bis das Gel in den völlig elastischen, gummiartigen Zustand übergegangen
ist. Anschließend erfolgt die Zerkleinerung des Gels zu einem Hilfsprodukt, mit
dem Zweck, Kartoffelstärkeprodukte den aus Cerealien hergestellten Nahrungsmitteln
an Nährwert und Geschmack anzugleichen. Auch diese Druckschrift enthält keinerlei
Anweisung, wie man mit Wasser angeteigte, vorgeformte, plastische Massen rißfrei
trocknen und glasige, gutschmeckende, 'haltbare Teigwaren herstellen kann.
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Die Fachwelt 'hat bisher nicht erkannt, daß neben dem Problem der
Trocknung bei der Herstellung von Teigwaren insbesondere aus Getreidegrundstoffen
auch ein Problem- der molekularen Veränderung durch eine Verkleisterung und Dextrinierung
der Stärke im Trockengut innerhalb bestimmter Grenzen besteht. Vorliegend wird erstmalig
dem @ Fachmann mit dein Erfindungsgegenstand die Anweisung gegeben, daß mit Wasser
angeteigte, stärkehaltige 1vlassen bei der Überführung in den getrockneten, haltbaren
Zustand einer Quellung und Verkleisterung unterzogen werden, bei der der kristallitische
Zustand der Stärkekörner erhalten bleibt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß diese
Vorgänge für die Verkürzung des Trockenvorganges von ausschlaggebender Bedeutung
sind. Daneben verbessern diese Zustandsänderungen die Qualität der Produkte entscheidend
durch Erhöhung der Quellfähigkeit, Kochfestigkeit und Haltbarkeit.
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Es ist bekannt, daß Stärkekörner aus konzentrischen Schichten bestellen.
Unter dem Polarisationsmikroskop zeigen sie nadelförmige, radiär angeordnete Kristalle.
Diese radiär angeordneten Kristallite werden durch Molekülfäden untereinander verbunden
(Fransenmizellen) und stellen zusammenhängende Netze aus teilweisekristallisierten
Amylopektinmolekeln dar. Die Amylose als weiterer Bestandteil der Stärke ist in
Mischkristallen in diesen Verband einbezogen. Stärke nimmt Wasser nicht nur in ihre
Poren, sondern auch in die Zwischenräume zwischen den 1Tolekülfäden auf und vergrößert
damit ihr Volumen, wobei die Körner infolge der Wasseraufnahme zu großen Blasen
anschwellen. Dieser Vorgang wird als Quellung bezeichnet.
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Die dicht aneinanderliegenden Fransenmizellen bilden auch nach dein
.-\ufquellen gewissermaßen ein Netz mit weit auseinanderliegenden Maschen. Die gequollenen
Körner berühren sich und verkleistern, in dem die Amylose- und Amylopektinmoleküle
zusammenkristallisieren. Da auch Molekeln benachbarter Körner zusammenkristallisieren,
entsteht ein zusammenhängendes Gel. Der Kleister ist demnach als eine Suspension
von aufgequollenen Stärkekörnern in Wasser anzusehen, wobei die disperse Phase fest
und das Dispersionsmittel flüssig ist. Bei Vergrößerung der Stärkekörner, also beim
Quellen, gehen die Stärketeilchen in die grobdispersen Gele über. Die Viskosität
(Zähflüssigkeit) eines derartigen Kleisters ist wesentlich höher als die der angeteigten
stärkehaltigen Massen in ungequollenem Zustand.
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Werden die Kristallite über eine bestimmte Temperatur hinaus erhitzt,
schmelzen auch die Molekülfäden und lösen sich im Wasser auf. Es entsteht eine amorphe
Substanz, deren Stabilität mangels eines inneren Verbandes verringert wird und bei
der die den Geschmack beeinflussende Kernigkeit der Massen verlor@engegangen ist.
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Die Erfindung bedient sich dieser Kristallisationserscheinungen beim
Überführen von stärkehaltigen, plastischen angeteigten blassen und erzielt mit dieser
Verwendung einen überraschenden Erfolg, der nicht vorauszusehen w-ar. Es hat sich
gezeigt, daß das durch die Quellung gebildete, nicht völlig
amorphe
Gel mit unzerstörten Molekülfäden, welche auch frei der nachfolgenden Trocknung
überwiegend erhalten bleiben, eiere qualitätsverbessernde Wirkung ausübt. Durch
den mit dem vorgeschlagenen Verfahren erreichten Verkleisterungsgrad von bestimmten
Eigenschaften ergeben sich infolge des erhaltenen Netzgefüges erheblich geringere
Kochverluste von beispielsweise noch beträchtlich unter 20/0. 13s bleiben also höhere
Nährwerte erhalten. Die Zusammensetzung der an das Kochwasser abgegebenen Substanz
entspricht dabei der Zusammensetzung der Grundstoffe der Masse. Die Stabilität der
Randschichten der Masse gegen Zerkochen wurde bis zu 5o% über den Vergleichswerten
der der verfahrensmäßigen Behandlung nicht unterworfener Massen liegend gefunden.
Andererseits wird durch die erfolgte Auflockerung des netzartigen Zusammenhalts
der Molekülfäden der Stärkekörner eine erhöhte Quellfähigkeit der Masse beim Kochen
bewirkt, die Ware nimmt mehr Wasser auf und gewinnt infolge der Vorquellung der
Stärkekörner an Geschmack. Es hat sich bei allen Versuchsproben die Überlegenheit
gegenüber Teigwaren normaler Herstellungsart überzeugend ergeben.
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Die abzuwendenden Quelltemperaturen sind je nach Gien in der Masse
enthaltenen Stärkearten verschieden. Bei Roggenstärke beginnt die Verkleisterung
schon bei 5o° C, während Maisstärke ab 55° C und Weizenstärke ab 65° C verkleistert.
Damit die Netzstruktur der Stärkekornschichten und damit der gewünschte Zustand
der Verkleisterung bzw. des gebildeten Gels erhalten bleiben und die Stärkekörner
nicht durch Einwirkun4 von Temperatur und Zeit völlig aufgelöst (geschmolzen) werden,
soll die "Zeitdauer der als Ouellphase bezeichneten Behandlungsperiode einschließlich
der zur Durchwärmung der Masse erforderlichen Zeit im Mittel weniger als
30 Minuten betragen und die Temperatur die in der Regel i io° C betragende
Auflösungstemperatur der Netzstruktur nicht überschreiten.
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Die Auflockerung des Molekulargefüges bringt außerdem für die Herstellung
der Ware den Vorteil mit sich, daß die Diffusionsgeschwindigkeit des Wassers in
den zu trocknenden, stärkehaltigen Massen vom Kern zur Oberfläche beim Trocknen
erheblich ansteigt. Mit dem vorliegenden Verfahren wird innerhalb einer Behandlungsdauer
von beispielsweise einer Stunde bereits der Entfeuchtungszustand erreicht, der vergleichsweise
einer mehr als zehnfachen Normalbehandlung entspricht und demnach eine in der Praxis
bisher unmögliche Abkürzung der Gesamtbehandlung, insbesondere der Trocknung, unter
erheblicher Einsparung von Betriebskosten und Investitionsmitteln zur Folge hat.
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Auch bei den gebräuchlichen Trocknungsverfahren wird in gewissem Umfange,
vor allem durch die viel längere Dauer der Behandlung eine allmähliche Quellung
der Stärkekörner erreicht, die jedoch wesentlich unvollkommener ist, da bisher nur
niedrige, unterhalb der für den Verkleisterungsbeginn erforderlichen, nach der durch
die Erfindung vermittelten Lehre unzureichende Temperaturen angewandt wurden. Diese
können nicht zu einem raschen Aufbrechen der Stärkekörner führen, so daß Quellung
und angehende Verkleisterung in einer Phase mit der Trocknung parallel liefen, wobei
den plastischen Massen das beim Ant-eigen zugegebene Wasser größtenteils schon wieder
entzogen war. Eine ausreichende Quellung und Verkleisterung im Sinne des Verfährens
kann aber nur bei genügendem Vorhandensein des Dispersionsmittels Wasser erfolgen.
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Die Anwendung vonWärme allein zur Erzielung des vorerwähnten Zustandes
der Masse genügt nicht, würde vielmehr eine schädliche Schwindungsdifferenz der
Massenschichten zwischen Kern und Oberfläche, insbesondere infolge der vorgeschlagenen
hohen Temperaturen zur Folge haben. Erfindungsgemäß wird daher der Umwandlungsvorgang
beim Zusammenkristallisieren der Stärkemoleküle dadurch praktisch verwertbar gemacht,
daß der Sättigungsgrad der die Masse umgebenden Gase mit Feuchtigkeit so gehalten
wird, daß der Dampfdruck der umgebenden Gase gleich oder größer ist als derjenige
des in der Massenfeuchtigkeit im Entstehen begriffenen Dampfes. Erst durch die Kombination
dieser beiden Merkmale wird der angestrebte Erfolg erreicht.
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Die Erfindung schlägt weiterhin vor, zwischen die Quellung und Verkleisterung
der Masse einerseits und ihre Trocknung andererseits eine Erstarrungsphase zu legen,
in welcher- der durch die Quellung bedingten höheren Viskosität Rechnung getragen
und durch Weitererhitzer der Masse bei vorübergehend gesenkter relativer Feuchtigkeit
der umgebenden Gase ein besonders rasches und gutes Stabilisieren der Form der Masse
bewirkt wird.
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Ferner schlägt die Erfindung vor, die Quellung und Verkleisterung,
die Stabilisierung und die Trocknung in voneinander getrennten, aufeinanderfolgenden
Phasen durchzuführen und den gesamten Quell- und Verkleisterungsvorgang an den Anfang
der Behandlung zu legen und in kürzester Zeit so zu bewirken, daß der nachfolgende
Entzug der überschüssigen Feuchtigkeit von da ab in beliebiger, ebenfalls kurzer
Zeit vorgenommen werden kann. Das Verfahren sieht demnach vor, in der Erstarrungsphase
den bereits gequollenen und verkleisterten Massen durch fortwährendes Erhitzen auf
Temperaturen zwischen 50 und i io° C, jedoch unter Absenkung der relativen
Feuchtigkeit der umgebenden Gase, innerhalb weniger als 6o Minuten etwa die Hälfte
des Feuchtigkeitsüberschusses zu entziehen, welcher sich aus der Differenz zwischen
der Anfangsfeuchtigkeit der angeteigten plastischen Massen und der gewünschten Endfeuchtigkeit
des fertigen Produkts errechnet, und damit den Erstarru.ngszustand der Masse bereits
herbeizuführen.
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Schließlich wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in der an die Quellung,
Verkleisterung und Erstarrung anschließenden Phase der Verdampfung des in der Masse
verbliebenen Feuchtigkeitsüberschusses
die Temperaturen und den
relativen Feuchtigkeitsgehalt der umgebenden Gase so abzustufen, daß je Flächeneinheit
die Diffusionsgeschwindigkeit des Wassers von der Massenoberfläche in die diese
Oberfläche berührende Grenzschicht der umgebenden Gase annähernd gleich der Diffusionsgeschwindigkeit
des Wassers vom Massenkern zur Oberfläche gehalten wird. Dieses Verfahren bewirkt,
daß die Feuchtigkeitsabnahme über den ganzen Querschnitt der Masse gleichmäßig erfolgt.
Es verhindert das Antrocknen der Oberfläche der Masse bei noch feuchtem Kern und
damit das Auftreten von Spannungen zwischen Oberfläche und Kernschichten als eine
der für die Rißbildung in der Masse hauptsächlich in Erscheinung tretenden Ursachen.
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Erfindungsgemäß wird noch vorgesehen, daß die Absenkung der relativen
Luftfeuchtigkeit und Temperatur unmittelbar im Anschluß an den in der Erstarrungsphase
erreichten Stand bis zum Schluß der Behandlung so gesteuert wird, daß die Temperatur
und relative Feuchtigkeit im Behandlungsraum (Trocknungsvorrichtung) bei Erreichen
der gewünschten, in der Masse verbleibenden Restfeuchtigkeit, beispielsweise von
12 bis 15% (a. Tro.), der vorhandenen natürlichen relativen Luftfeuchtigkeit und
Temperatur in der Atmosphäre entsprechen. Fertige stärkehaltige Massen, wie Teigwaren,
sind nämlich sehr empfindlich gegen Temperatur- und insbesondere Feuchtigkeitsänderungen,
wobei schon Unterschiede von io bis
15010 genügen, um Rißbildungen herbeizuführen.
Deshalb ist es ein besonderer Vorteil, die vorgenannten Verfahrensmerkmale anzuwenden.
Ausführungsbeispiel Rohteigware, nach üblichen Fabrikationsmethoden hergestellt,
wird unmittelbar nach der Verformung in einer mit Einrichtungen zur Durchführung
des Verfahrens zweckentsprechend ausgestatteten Behandlungsanlage (Trocknungsvorrichtung)
in aufeinanderfolgenden Phasen folgendermaßen behandelt:
| Temperatur Mittlere relative |
| Vorgang Daqer Restfeuchtigkeit |
| von I bis Luftfeuchtigkeit |
| Erhitzung ................. 15 Min. 50° 8o°
800/0 3 1 % Anfang |
| Quellung ................ 15 Min. 8o° 96° 900/0 |
| - |
| Aufschließung ............. 3o Min. 99° 97 % - |
| Erstarrung ............... 30 Min. 85° 70° 92% 23 %
Ende |
| Trocknung a).............. io Std. 67° 36° 8o % - |
| b) ............... i Std. 36° 30° 6o % 13 % Ende |
| Gesamtdauer. . . 12,5 Std. |