WO2010076341A1 - Verfahren zur herstellung von aquafeed - Google Patents

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Urs Wüst
Hans Rudolf Losenegger
Walter HABLÜTZEL
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    • A23P30/30—Puffing or expanding
    • A23P30/32—Puffing or expanding by pressure release, e.g. explosion puffing; by vacuum treatment
    • A23P30/34—Puffing or expanding by pressure release, e.g. explosion puffing; by vacuum treatment by extrusion-expansion

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the production of Aquafeed, according to the preambles of the independent claims.
  • DE 699 12 780 T2 discloses a method and apparatus for extruding expanding hydrous products such as food particles or feed pellets.
  • a pressure chamber On the ejection side of the nozzle unit of the extruder, a pressure chamber is arranged, in which a defined pressure is maintained. The product is portioned into pellets immediately after exiting the extruder with a rotating knife. Another shaping does not take place.
  • DE 601 10 217 T2 likewise shows a device for extruding water-containing products, in which, in turn, the product is portioned into pellets immediately after leaving the extruder with a rotating knife and passed into a pressure chamber. Another shaping does not take place.
  • GB 2 297 936 A shows an apparatus for the production of tubular cereal products.
  • a fluid is introduced into the inner cavity with overpressure. presses, which is to change the wall structure of the tubular product advantageous. Subsequently, the tubular product is portioned by crimping.
  • a pressure chamber after the extruder, as explained in the two aforementioned documents, is not present here. Also, this is not a method of making Aquafeed.
  • the invention has for its object to show a process for the preparation of Aquafeed and a corresponding device with which the o.g. Disadvantages of the prior art can be overcome.
  • the guarantee of a defined surface structure should be simplified.
  • the raw materials are extruded (if appropriate after prior mixing) and subsequently processed into pellets.
  • the extruded product is first selectively expanded in an expansion chamber and shaped only after passing through a further shaping device in the final dosage form (pellets). It has surprisingly been found that the surface structure can be designed much easier substantially crack and / or crack-free, if the pellets are not already passed in their final dosage form in the expansion chamber, but if after the expansion chamber takes place a further shaping.
  • a pellet is understood to mean a shaped piece which has been formed by breaking a hardened, but formerly shapeable mass.
  • the further shaping can be kneading, walking, o. The like. be. Only after the further shaping of the product in the final dosage form (eg. Pellets) is transferred, for example. By a further shaping unit downstream cutting blade.
  • the pellets have a bulk density p sc h in the range of about 250 to about 650 kg irT 3 , preferably from about 400 to about 550 kg irT 3 ; For example, this means that a measurement tolerance in the range of ⁇ 1-5% is included.
  • the bulk density p Sc h is determined as the average bulk density by determining the arithmetic mean from 3 to 5 measurements.
  • the bulk density is determined, for example, preferably according to DIN ISO 697 (1984-01 edition). The adjustment of the bulk density by application of the method according to the invention leads to pellets which have sink rates defined in water and / or salt water.
  • feed pellets with defined bulk density can be realized particularly well by the further shaping step.
  • this is possible even with a high content of starch, although the starch can preferably be completely digested and non-expanding (by boiling).
  • the fat content of the pellets is particularly advantageously as low as possible, in particular less than 12 wt.%. This further makes it easier to produce feed pellets with different, adjustable density.
  • the pellets have a starch content in the range of from about 10 to about 30 weight percent, preferably from about 15 to about 25 weight percent.
  • the boiling point of the water in the extruded product can be controlled or adjusted by adjusting the pressure in the expansion chamber.
  • the pressure prevailing in the molding unit can preferably be regulated to a pressure which is between the high pressure prevailing in the extruder and the atmospheric pressure prevailing after the molding unit.
  • Significantly reduced crack / breakage is observed in the subsequently formed pellets.
  • evenly dense pellets are obtained whose starch is also largely gelatinized.
  • An apparatus for producing aquafeed, in particular sinkable feed pellets comprises an extruder, preferably a single-screw extruder.
  • the product outlet nozzle of the extruder is connected to an expansion chamber, wherein the product outlet opening of the expansion chamber is in turn connected to a molding unit.
  • a forming pump unit in particular an eccentric screw pump (Moineaupumpe), or an extruder can be used.
  • the shaping unit can also be used as an addition unit for those substances that do not have to be previously heated in the extruder or allowed (eg, for the addition of heat-sensitive substances or additives); Such substances may in particular also be pasty or pulverulent.
  • the shaping unit is arranged downstream of a portioning unit, in particular a cutting unit.
  • a portioning unit in particular a cutting unit.
  • By regulating the working pressure in the expansion chamber it is possible to adjust the boiling point of the water in the extruded mass and to control the water outlet.
  • overpressure or negative pressure in the expansion chamber which can be adjustable, for example by means of a valve, the expansion of the product can be controlled. In this case, for example, to reduce the product expansion in the expansion chamber, the vapor pressure and thus the boiling point of the water contained in the product can be increased.
  • the product pretreated in this way is subsequently shaped, in particular, in a pump unit, as described above, and only subsequently shaped into pellets.
  • the expansion chamber is preferably provided with a compressed air valve and a valve for Dampfzu- and -abbow.
  • the vapor created by the flash-off of the extruded and expanded products in the expansion chamber can be vented through the valve and used for heating purposes.
  • In the expansion chamber can be generated by removal of the vapor / air mixture and negative pressure.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for the production of Aquafeed with high bulk density
  • Fig. 2 a glass transition curve for strength.
  • the starting materials including possibly a very starchy substance such as fish feed mixtures with the admixture of cereal flour, soybean, fish flours, meat flours, fats and oils, and various additives are filled in the working chamber of an extruder 1 and treated in the extruder.
  • a product outlet nozzle 2 which provided with a cutting tool can be, the product is discharged into an expansion chamber 8.
  • the working pressure (maximum 6 bar) in the expansion chamber 8 By regulating the working pressure (maximum 6 bar) in the expansion chamber 8, the boiling point of the water in the product can be adjusted and thus a sudden Controlled leakage of water, preferably prevented.
  • the expansion chamber is particularly advantageous no curing of the product; the product is thus advantageously kept in a viscoelastic state.
  • the water Due to the high working pressure and a high operating temperature in the extruder 1, the water remains in the liquid state before passing into the expansion chamber 8. Compared to the normal atmosphere, a higher boiling point of the water sets in at elevated pressure. Without increased pressure / temperature would occur when exiting the extruder 1 under normal atmosphere in the expansion chamber 8 to cool the product due to the Wassersertrags. Such a product would not be further moldable, since it is no longer viscoelastic, but already in the glass state (illustrated in Fig. 2).
  • Temperature and vapor pressure are therefore advantageously adjusted so that the product in a viscoelastic state between see the glass transition temperature T g and melting temperature T m remains. In this state, the product remains viscoelastically in the expansion chamber 8 and is neither too cold nor too dry for subsequent molding in the progressive cavity pump 10. More preferably, the product is maintained in the viscoelastic state during subsequent molding.
  • the expansion chamber 8 is separated from the extruder 1 and the eccentric screw pump 10 in a pressure-tight manner via the product outlet nozzle 2 and the product outlet opening 9.
  • the product density and thus its sinkability can be regulated.
  • the cutting unit 12 may follow a sample collector to ensure a continuous product control.
  • two extruders can be arranged one after the other, with the expansion chamber between these extruders.
  • the shaping unit is in this case also an extruder.
  • the (first) extruder as described above, is a cooking extruder which shears the starting materials under the action of heat.
  • the second extruder as a shaping unit mixes different product streams and forms the mixture at reduced temperature into pellets, so that heat-related damage to one or more further product streams can be minimized or avoided since these further product streams are first fed into the shaping unit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Aquafeed, insbesondere von Futterpellets, wobei die Rohstoffe ggf. nach vorheriger Mischung extrudiert werden und anschliessend zu Pellets verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass extrudiertes Produkt zunächst in einer Expansionskammer gezielt expandiert und erst nach Passieren einer weiteren Formungseinrichtung in Pellets geformt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Aquafeed
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Aquafeed, gemäss den Oberbegriffen der unabhän- gigen Patentansprüche.
Bekannt sind im Stand der Technik diverse verdichtete Futterpellets, die durch Extrusion hergestellt werden:
DE 699 12 780 T2 zeigt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Extrudieren von expandierenden wasserhaltigen Produkten wie Lebensmittelteilchen oder Futtermittelpellets. Auf der Ausstoss- seite der Düseneinheit des Extruders ist eine Druckkammer angeordnet, in welcher ein definierter Druck aufrecht erhalten wird. Das Produkt wird unmittelbar nach dem Austritt aus dem Extruder mit einem rotierenden Messer in Pellets portioniert. Eine weitere Formgebung findet nicht statt.
DE 601 10 217 T2 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zum Extrudie- ren von wasserhaltigen Produkten, bei welcher wiederum das Produkt unmittelbar nach dem Austritt aus dem Extruder mit einem rotierenden Messer in Pellets portioniert und in eine Druckkammer geleitet wird. Eine weitere Formgebung findet nicht statt.
Es hat sich bei Vorrichtungen der vorgenannten Arten als nachteilig erwiesen, dass häufig Risse und Brüche der Pellets insbesondere an deren Oberfläche gefunden werden. Die Struktur der Pellets kann offensichtlich trotz des Vorsehens einer Druckkammer nur mit grossem Steuerungs-/Regelungsaufwand kontrolliert werden.
GB 2 297 936 A zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von röhrenförmigen Cerealienprodukten . Beim Austritt aus dem Extruder wird in den inneren Hohlraum mit Überdruck ein Fluid einge- presst, was die Wandstruktur des röhrenförmigen Produkts vorteilhaft verändern soll. Anschliessend wird das röhrenförmige Produkt durch Abcrimpen portioniert. Eine Druckkammer nach dem Extruder, wie in den beiden vorgenannten Dokumenten erläutert, ist hier nicht vorhanden. Auch handelt es sich hierbei nicht um ein Verfahren zur Herstellung von Aquafeed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Aquafeed sowie eine entsprechende Vorrichtung auf- zuzeigen, mit welcher die o.g. Nachteile des Stands der Technik überwunden werden können. Insbesondere soll die Gewährleistung einer definierten Oberflächenstruktur vereinfacht werden.
Die Aufgabe ist mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprü- che gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung von Aquafeed, insbesondere von Futterpellets, werden die Rohstoffe (ggf. nach vorheriger Mischung) extrudiert und anschliessend zu Pellets verarbeitet. Im Unterschied zum Stand der Technik wird jedoch das extrudierte Produkt zunächst in einer Expansionskammer gezielt expandiert und erst nach Passieren einer weiteren Formungseinrichtung in die endgültige Darreichungsform (Pellets) geformt. Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Oberflächenstruktur wesentlich einfacher im wesentlichen bruch- und/oder rissfrei gestaltet werden kann, wenn die Pellets nicht bereits in ihrer endgültigen Darreichungsform in die Expansionskammer geleitet werden, sondern wenn nach der Expansionskammer eine weitere Formgebung stattfindet.
Unter einem Pellet wird vorliegend ein Formstück verstanden, das durch Bruch einer erhärteten, aber ehemals formbaren Masse entstanden ist. Die weitere Formgebung kann ein Kneten, Walken, o. dgl . sein. Erst nach der weiteren Formgebung wird das Produkt in die endgültige Darreichungsform (bspw. Pellets) überführt, bspw. durch ein der weiteren Formgebungseinheit nachgeordnete Schneidmesser.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen weisen die Pellets eine Schüttdichte pSch auf im Bereich von etwa 250 bis etwa 650 kg irT3, vorzugsweise von etwa 400 bis etwa 550 kg irT3; etwa bedeu- tet hierbei, dass eine Messtoleranz im Bereich von ± 1-5% um- fasst ist. Vorzugsweise wird die Schüttdichte pSch als mittlere Schüttdichte bestimmt, indem das arithmetische Mittel aus 3 bis 5 Messungen bestimmt wird. Die Schüttdichte wird zum Beispiel vorzugsweise gemäss DIN ISO 697 (Ausgabe 1984-01) bestimmt. Die Einstellung der Schüttdichte durch Anwendung des erfindungsge- mässen Verfahrens führt zu Pellets, welche in Wasser und/oder Salzwasser definierte Sinkgeschwindigkeiten aufweisen.
Es hat sich gezeigt, dass durch den weiteren Formgebungsschritt Futterpellets mit definiert eingestellter Schüttdichte besonders gut realisierbar sind. Insbesondere ist dies auch bei einem hohen Gehalt an Stärke möglich, wobei dennoch die Stärke vorzugsweise vollständig und nicht-expandierend (durch Kochen) aufgeschlossen werden kann. Besonders vorteilhaft ist der Fettgehalt der Pellets dabei möglichst gering, insbesondere kleiner 12 Gew.%. Dies vereinfacht es weiter, Futterpellets mit unterschiedlicher, einstellbarer Dichte herzustellen.
In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens weisen die PeI- lets einen Gehalt an Stärke im Bereich von etwa 10 bis etwa 30 Gew.%, vorzugsweise von etwa 15 bis etwa 25 Gew.%. Der Siedepunkt des Wassers in dem extrudierten Produkt kann durch Einstellung des Drucks in der Expansionskammer gesteuert oder geregelt werden.
Als eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung hat sich herausgestellt, wenn das extrudierte Produkt in der Expansionskammer und in der nachgeordneten Formgebungseinheit in einem viskoelasti- schen Zustand gehalten wird; hierfür kann wird der in der Formgebungseinheit herrschende Druck vorzugsweise auf einen Druck reguliert werden, der zwischen dem im Extruder herrschenden, hohen Druck und dem nach der Formgebungseinheit herrschenden, atmosphärischen Druck liegt. Es wird eine deutlich verminderte Riss-/Bruchbildung bei den anschliessend gebildeten Pellets beobachtet. Im Ergebnis werden gleichmässig dichte Pellets erhal- ten, deren Stärke zudem weitgehend gelatiniert ist.
Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung von Aquafeed, insbesondere von sinkfähigen Futterpellets, umfasst einen Extruder, bevorzugt einen Einwellenextruder. Die Produktaustrittsdüse des Extruders ist mit einer Expansionskammer verbunden, wobei die Produktaustrittsöffnung der Expansionskammer wiederum mit einer Formungseinheit verbunden ist. Als der Expansionskammer nachgeordnete Formgebungseinheit kann besonders vorteilhaft eine formgebende Pumpeneinheit, insbesondere eine Exzenterschnecken- pumpe (Moineaupumpe) , oder auch ein Extruder verwendet werden. Die Formgebungseinheit kann zudem als Zugabeeinheit für solche Substanzen genutzt werden, die nicht vorgängig im Extruder erhitzt werden müssen oder dürfen (z.B. also für die Zugabe von hitzeempfindlichen Substanzen oder Zusätzen) ; derartige Substan- zen können insbesondere auch pastös oder pulverförmig sein. Der Formgebungseinheit ist eine Portionierungseinheit nachgeordnet, insbesondere eine Schneideinheit. Durch Regulierung des Arbeitsdruckes in der Expansionskammer ist es möglich, den Siedepunkt des Wassers in der extrudierten Masse einzustellen und den Wasseraustritt zu steuern. Durch Überdruck oder Unterdruck in der Expansionskammer, der bspw. mittels eines Ventils einstellbar sein kann, kann die Expansion des Produkts gesteuert werden. Dabei kann zum Beispiel zur Verringerung der Produktexpansion in der Expansionskammer der Dampfdruck und damit der Siedepunkt des im Produkt enthaltenen Wassers erhöht werden. Das so vorbehandelte Produkt wird nachfolgend insbeson- dere in einer Pumpeinheit geformt, wie vorstehend beschrieben, und erst anschliessend zu Pellets geformt.
Die Expansionskammer ist bevorzugt mit einem Druckluftventil und einem Ventil zur Dampfzu- und -abfuhr versehen. Der Dampf, der durch den flash-off der extrudierten und expandierten Produkte in der Expansionskammer entsteht, kann durch das Ventil abgeführt und zu Heizzwecken verwendet werden. In der Expansionskammer kann durch Abfuhr des Dampf/Luftgemisches auch Unterdruck erzeugt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1: eine erfindungsgemässe Einrichtung zur Herstellung von Aquafeed mit hohem Schüttgewicht;
Fig. 2: eine Glasübergangskurve für Stärke.
Die Ausgangsstoffe, darunter ein ggf. sehr stärkehaltiger Stoff wie bspw. Fischfuttermischungen mit der Beimischung von Getreidemehlen, Sojaschroten, Fischmehlen, Fleischmehlen, Fette und Öle, sowie diverse Zusatzstoffe werden in die Arbeitskammer eines Extruders 1 gefüllt und im Extruder behandelt. Über eine Produktaustrittsdüse 2, die mit einem Schneidwerkzeug versehen sein kann, wird das Produkt in eine Expansionskammer 8 ausgetragen. Unter Zugabe von Druckluft und Dampf (via Ventile 3 und 5) erfolgt eine kontrollierte Dekompression des Produktes in der Expansionskammer 8. Durch Regulierung des Arbeitsdruckes (max. 6 bar) in der Expansionskammer 8 kann der Siedepunkt des Wassers im Produkt eingestellt und damit ein schlagartiges Austreten von Wasser gesteuert, vorzugsweise verhindert werden. In der Expansionskammer tritt besonders vorteilhaft keine Aushärtung des Produkts auf; das Produkt wird also vorteilhaft in einem viskoe- lastischen Zustand gehalten.
Aufgrund des hohen Arbeitsdruckes sowie einer hohen Arbeitstemperatur im Extruder 1 verbleibt das Wasser vor dem Übertritt in die Expansionskammer 8 im flüssigen Zustand. Gegenüber der Nor- malatmosphäre stellt sich bei erhöhtem Druck ein höherer Siedepunkt des Wassers ein. Ohne erhöhten Druck/Temperatur käme es beim Austritt aus dem Extruder 1 unter Normalatmosphäre in der Expansionskammer 8 zur Abkühlung des Produktes aufgrund des Was- seraustrags. Ein solches Produkt wäre nicht weiter formbar, da es nicht mehr viskoelastisch, sondern bereits im Glaszustand ist (illustriert in Fig. 2) .
Temperatur und Dampfdruck werden daher vorteilhaft so eingestellt, dass das Produkt in einem viskoelastischen Zustand zwi- sehen der Glasübergangstemperatur Tg und Schmelztemperatur Tm verbleibt. In diesem Zustand verbleibt das Produkt viskoelastisch in der Expansionskammer 8 und ist weder zu kalt noch zu trocken für eine nachfolgende Formung in der Exzenterschneckenpumpe 10. Besonders bevorzugt wird das Produkt auch während der nachfolgenden Formgebung in dem viskoelastischen Zustand gehalten . Die Expansionskammer 8 ist im Ausführungsbeispiel über die Produktaustrittsdüse 2 sowie die Produktaustrittsöffnung 9 druckfest vom Extruder 1 und der Exzenterschneckenpumpe 10 getrennt.
In Verbindung mit der Formung des Produkts in der nachfolgenden Exzenterschneckenpumpe 10 kann die Produktdichte und damit dessen Sinkfähigkeit geregelt werden.
Auf das Formwerkzeug 11 (hier: eine Düsenplatte) und die Schneideinheit 12 kann ein Probensammler folgen um eine kontinuierliche Produktkontrolle zu gewährleisten.
In einer weiteren, figürlich nicht dargestellten Ausführungsform können auch zwei Extruder nacheinander angeordnet sein, wobei sich die Expansionskammer zwischen diesen Extrudern befindet. Die Formgebungseinheit ist in diesem Falle also ebenfalls ein Extruder. Der (erste) Extruder ist wir vorstehend beschrieben ein Kochextruder, der die Ausgangsstoffe unter Wärmeeinwirkung schert. Der zweite Extruder als Formgebungseinheit mischt verschiedene Produktströme und formt die Mischung bei reduzierter Temperatur zu Pellets, so dass wärmebedingte Schädigungen eines oder mehrerer weiterer Produktströme minimiert oder vermieden werden können, da diese weiteren Produktströme erst in die Formgebungseinheit zugeführt werden.
Bezugszeichenliste
1 Extruder
2 Produktaustrittsduse
3 Druckluftventil
4 Sicherheitsventil
5 Dampfventil
6 Sichtfenster
7 Flussmesser
8 Expansionskammer
9 Produktaustrittsöffnung
10 Exzenterschneckenpumpe
11 Formwerkzeug
12 Schneideinheit
13 T-Pumpe
Tg Glasübergangstemperatur τm Schmelztemperatur

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Aquafeed, insbesondere von Futterpellets, wobei die Rohstoffe, ggf. nach vorheriger Mischung, extrudiert und anschliessend zu Pellets verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass extrudiertes Produkt zunächst in einer Expansionskammer expandiert und erst nach Passieren einer weiteren Formungseinrichtung zu Pellets geformt wird.
2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets eine Schüttdichte pSch aufweisen im Bereich von etwa 250 bis etwa 650 kg m~3, vorzugsweise von etwa 400 bis etwa 550 kg m~3.
3. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets einen Gehalt an Stärke im Bereich von etwa 10 bis etwa 30 Gew.%, vorzugsweise von etwa 15 bis etwa 25 Gew.% aufweisen.
4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Siedepunkt des Wassers in dem extru- dierten Produkt durch Einstellung des Drucks in der Expansionskammer gesteuert oder geregelt wird.
5. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das extrudierte Produkt in der Expansionskammer und in der nachgeordneten Formgebungseinheit in einem viskoelastischen Zustand gehalten wird.
6. Vorrichtung zur Herstellung von Aquafeed, insbesondere von sinkfähigen Futterpellets, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Extruder (1), bevorzugt einen Einwellenextruder, enthält, dessen Produktaustrittsdüse (2) mit ei- ner Expansionskammer (8) verbunden ist, wobei deren Produktaustrittsöffnung (9) wiederum mit einer Formungseinheit, insbesondere einer Exzenterschneckenpumpe (10) oder einem Extruder, verbunden ist.
7. Vorrichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgebungseinheit eine Portionierungseinheit nachgeordnet ist, insbesondere eine Schneideinheit (12) .
8. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 oder 7, zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4.
9. Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 8 zur Herstellung von Aquafeed.
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