DE19521243C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Puffen von Nahrungsmitteln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Puffen von Nahrungs­ mitteln, insbesondere von Getreide und Hülsenfrüchten, bei dem das Nahrungsmittel als körniges Produkt aufbereitet wird, das Produkt in ein geschlossenes, stehendes Behältnis gegeben wird, im geschlossenen Behältnis derart mit einem unter Druck stehen­ den, wärmeführenden Medium beaufschlagt wird, daß bei einem anschließenden Öffnen des Behältnisses ein solcher schlagartiger Druckabbau unter Austreten des Produktes aus dem Behältnis stattfindet, daß das Produkt aufgebläht wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Puffen von Nahrungsmitteln, insbesondere von Getreide und Hülsenfrüchten, mit einem stehenden Puffing-Reaktor, der ein verschließbares Behältnis aufweist, in das das Nahrungsmittel als körniges Produkt einbringbar ist, sowie mit einer Zuführleitung zum Zuführen eines unter Druck stehenden, wärmeführenden Mediums in das Behältnis, sowie mit einem Öffnungsmechanismus zum schlagartigen Öffnen des Behältnisses.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind aus der EP 0 061 229 B1 bekannt.

Unter Puffen versteht man ein Aufschlußverfahren für Getreide und Hülsenfrüchte, die unter Überdruck gedämpft und nach Aufheben des Druckes zu lockeren Massen aufgebläht werden. Die Produkte kommen z. B. als Puffweizen, Puffreis, Puffmais, gepuffte Erbsen usw. in den Handel.

In den dreißiger Jahren dieses Jahrhunderts waren die Anlagen so ausgebildet, daß das Produkt durch eine Mulde einem liegenden Zylinder zugeführt wird, den man dann durch eine besondere Vorrichtung verschließt. Der Zylinder wird in rotierende Bewegung versetzt und durch Gasflammen solange beheizt, bis der innere Druck eine bestimmte Höhe erreicht hat. Dann wird Dampf in den Zylinder eingelassen, bis der Dampfdruck auf einen bestimmten Wert gestiegen ist. Anschließend wird die Dampfzufuhr wieder abgestellt und die Erwärmung durch die Gasflammen fortgesetzt, bis im Innern des Zylinders ein Druck von etwa 12 bar vor­ herrscht. Nun erfolgt eine plötzliche Entlastung des inneren Druckes durch Aufschlagen bzw. Öffnen der dafür besonders konstruierten Tür des Zylinders. Das Produkt schießt aus dem Zylinder heraus, und in diesem Moment erfolgt das Dehnen des Produktes und die Vergrößerung des Volumens zu dem sogenannten Puffprodukt. Der Kern ist durch die Dampfeinwirkung an sich bereits weich geworden und steht auch im Innern unter dem hohen Dampfdruck von 12 bar. In dem Moment der Entleerung ist der äußere Druck plötzlich verschwunden und durch den dann noch im Innern des Kornes herrschenden hohen Druck wird das Gefüge des Kornes gepufft, d. h. es erhält das etwa Acht- bis Zehnfache seiner ursprünglichen Größe. Das Öffnen des Zylinders ist mit einer geschützartigen Detonation verbunden, wobei auch ent­ sprechende Rückstoßkräfte freiwerden. Die Klappe oder der Verschluß des Zylinders ist eine stirnseitige Endklappe des liegenden Zylinders, die sehr hohen Belastungen ausgesetzt ist. Oftmals wurde die Klappe samt dem Befestigungsmechanismus am Zylinder abgerissen.

Weiterentwicklungen führten dann dazu, bodenseitige Austrags­ öffnungen vorzusehen.

Bei der eingangs erwähnten europäischen Patentschrift EP 0 061 229 B1 ist nunmehr ein stehendes, etwa zylindrisches Behältnis vorgesehen, das von oben her mit dem Produkt befüllt und anschließend verschlossen wird. Im unteren Endbereich, in dem sich auch das Austragsende befindet, wird über eine einzige Leitung ein unter Druck stehendes wärmeführendes Medium in das Behältnis eingeführt. Das eingeführte, unter Druck stehende wärmeführende Medium, meist heißer, unter Druck stehender Wasserdampf, durchströmt das im Behältnis enthaltene Produkt bzw. Gut und erwärmt es dabei auf die gewünschte Temperatur. In der EP 0 061 229 B1 wird auf Temperaturen im Bereich zwischen 200° und 300°C erwärmt, dabei wird ein Druck von mindestens 5 bar aufgebaut. Am unteren Ende des Behältnisses ist eine etwa um 90° abgebogene Austragsleitung vorgesehen, die in einer Expansionskammer mündet. Bei den gewählten Bedingungen wird die im Innern des Produktes enthaltene Feuchtigkeit, die von dem Produkt selbst herstammt oder durch entsprechende Vorbehand­ lungen dem Produkt verliehen wurde, ebenfalls erwärmt, jedoch ohne daß diese verdampft. Nach Öffnen eines Öffnungsmechanismus schießt das Produkt aus dem Behältnis durch die Abführleitung hindurch und expandiert in der Expansionskammer, d. h. die im Produkt enthaltene Feuchtigkeit kann durch den schlagartigen Druckabbau entsprechend schlagartig verdampfen, wobei das Produkt aufgebläht wird.

Das in der EP 0 061 229 B1 beschriebene Verfahren sowie die darin beschriebene Vorrichtung weisen nun zahlreiche Nachteile auf.

Das in das Behältnis eingeführte Medium ist mit 200° bis 300°C so heiß, daß die Gefahr von Beschädigungen oder Verbrennungen am Produkt besteht.

Es ist sehr energieaufwendig, Wasserdampf auf solch hohe Temperaturen zu erwärmen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß es ermöglicht wird, das Produkt mit relativ niedrigen Temperaturen zu behandeln, dennoch einen Austreibdruck zur Verfügung zu haben, der an sich höhere Temperaturen verlangen würde.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren dadurch gelöst, daß nach einer gewissen Einströmzeit des Mediums in das Behältnis und kurz vor Öffnen des Behältnisses ein produkt­ freier Bereich, in Austragrichtung des Produktes gesehen, hinter dem Produkt noch mit einem zusätzlichen, höheren Druck p₂ beaufschlagt wird.

Bei einer Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem oberen Endbereich des Behältnisses eine Zuführleitung mündet, über die ein Medium höheren Druckes p₂ als der des zugeführten Mediums einspeisbar ist.

Diese Maßnahme hat den beachtlichen Vorteil, daß kurz vor dem Öffnen in dem Bereich hinter dem Produkt kurzfristig ein noch höherer Druck aufgebaut wird, somit ein druckverstärkter "Treibsatz" ausgebildet wird. Der erhöhte Druck in dem Raum "hinter" dem Produkt wird sich auch teilweise in das Gut hinein fortsetzen, da dieser zusätzliche Druckaufbau aber nur kurz vor dem Öffnen bewerkstelligt wird, ist dieser Druckausgleich beim Öffnen noch nicht weit fortgeschritten. Dies eröffnet nun auch die Möglichkeit, diesen zusätzlichen Druckaufbau, falls das Druckmedium wasserdampfführend ist, durch ein weiter aufgeheiztes dampfführendes Medium zu bewerkstelligen, das durchaus auch für das Produkt kritische Temperaturen aufweisen kann. Dieses Medium höheren Drucks und ggf. auch höherer Temperatur tritt im wesentlichen nur mit der am oberen Ende des stehenden Behältnisses vorhandenen Produktschicht in Berührung, die nur für einen kurzen Zeitraum währt, so daß keine beachtliche Beeinträchtigungsgefahr des Gutes besteht.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Maßnahmen nicht nur in den ange­ gebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 stark schematisiert eine Seitenansicht einer Vorrich­ tung zum Puffen,

Fig. 2 gegenüber der Darstellung von Fig. 1 in stark ver­ größertem Maßstab, teilweise schematisiert, einen Längsschnitt eines Puffing-Reaktors der Vorrichtung, und

Fig. 3 einen weiter stark vergrößerten Ausschnitt des Bereiches wie er in Fig. 2 rechteckig umgrenzt ist.

In Fig. 1 ist stark schematisiert eine Vorrichtung zum Puffen von Nahrungsmitteln allgemein mit der Bezugsziffer 10 versehen.

Die Vorrichtung 10 weist eine etwa horizontal ausgerichtete drehbare Heizkammer 12 auf.

In der Heizkammer 12 wird das zu puffende Gut als aufbereitetes körniges Produkt eingegeben und vorgewärmt. Die Vorwärmtemperatur liegt dabei unter 100°C, so daß die im Produkt vorhandene Feuchtigkeit nicht ausdampft.

Über einen Austrag 16 kann das vorgewärmte Produkt in einen Vorratsbehälter 18 überbracht werden. Der Vorratsbehälter 18 ist äußerlich mit einem Wärmeisoliermantel versehen, um das vorgewärmte Produkt auf dieser Vorwärmtemperatur zu halten.

Am unteren Ende des Vorratsbehälter 18 ist eine Dosierschleuse 20 vorgesehen, die wiederum am oberen Ende eines Puffing-Reaktors 22 angeordnet ist.

Über die Dosierschleuse 20 kann die entsprechende Menge an zu puffendem Produkt in den Puffing-Reaktor 22 eingegeben werden, und anschließend wird das obere Ende des Puffing-Reaktors verschlossen.

Am unteren Ende des Puffing-Reaktors 22 ist ein Öffnungsmecha­ nismus 24 vorgesehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kugelventil 26 enthält.

Der Öffnungsmechanismus 24 ist über eine gekrümmte Leitung 28 mit einer Expansionskammer 30 verbunden, in die das Produkt etwa horizontal ausgerichtet beim Öffnen des Öffnungs­ mechanismus 24 eingeschossen wird. Im Laufe des Fluges expandiert das Produkt 32, d. h. nach Verlassen der Leitung 28 verdampft die im Innern des Produktes vorhandene Flüssigkeit schlagartig, bläht dabei das Produkt auf, so daß dann das gewünschte aufge­ blähte oder Puff-Produkt erhalten wird. Über einen Austrag 34 kann das geblähte Puff-Produkt aus der Expansionskammer 30 abgeführt werden.

Der eigentliche Puffing-Reaktor 22 ist in Fig. 2 in vergrößertem Maßstabe dargestellt, wobei eine äußere isolierende Ummantelung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, aus Übersichtsgründen weggelassen ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist zu entnehmen, daß der Puffing-Reak­ tor 22 ein inneres Behältnis 36 aufweist, das als metal­ lischer Hohlzylinder 38 aufgebaut ist.

Am oberen Ende ist der Hohlzylinder 38 mit einem Stutzen 40 verbunden, der an das untere Ende der Dosierschleuse 20 ange­ flanscht ist.

Am unteren Ende ist der Hohlzylinder 38 mit einem konischen Abschnitt 42 versehen, dessen unteres Ende in dem Öffnungs­ mechanismus 24, also in dem Kugelventil 26 mündet.

Der untere konische Abschnitt 42 sowie etwa die halbe Höhe des Hohlzylinders 38 ist mit zahlreichen kreisförmigen Öffnungen 46 versehen, die durch die Wand des Hohlzylinders 38 durch­ reichen.

Wie im Ausführungsbeispiel dargestellt sind die Öffnungen in einem regelmäßigen Lochblechmuster angeordnet, der Durchmesser der Öffnungen 46 beträgt jeweils etwa 1 mm.

Um das Behältnis 36 herum ist eine Kammer 48 angeordnet, die dadurch gebildet wird, daß konzentrisch um das Behältnis 36 ein Mantel 50 vorgesehen ist. Die Kammer 48 ist somit als Ringraum ausgebildet, der das Behältnis 36 umgibt.

Der Mantel 50 ist an seinem oberen Ende mit einem Flansch 52 versehen, der mit einer Deckplatte 62 verbunden ist, die zugleich einen oberen dichtenden Abschluß der Kammer 48 darstellt.

Der Mantel 50 ist am unteren Ende entsprechend mit einem Flansch 54 versehen, über den er an das obere Ende des Öffnungsmechanis­ mus 24 angeflanscht ist, wodurch dann ein dichtender unterer Abschluß der Kammer 48 gebildet ist.

Der Mantel 50 ist mit einer Zuführleitung 56 versehen, die in die Kammer 48 mündet. Ein in die Kammer 48 über die Zuführleitung 56 eingeführtes Medium 84 tritt somit zunächst in die ringförmige Kammer 48 ein und kann dann anschließend über die zahlreichen Öffnungen 46 gleichmäßig verteilt in den Innenraum 23 des Behältnisses 36 eintreten.

Die Zuführleitung 56 ist über ein Ventil 58 mit einer hier nicht näher bezeichneten Quelle für das Medium 84 verbunden, das bspw. ein Wasserdampfmedium mit 180°C ist, das unter einem Druck p₁ von etwa 5 bis 12 bar steht.

An der Deckplatte 62 ist eine weitere Zuführleitung 60 ange­ bracht, die durch die Deckplatte 62 hindurchreicht und am oberen Endbereich im Innenraum 23 des Behältnisses 36 mündet.

Die Zuführleitung 60 ist über ein Ventil 64 mit einer hier nicht näher dargestellten Quelle eines Mediums 86 verbunden. Dieses Medium kann ebenfalls ein Wasserdampfmedium sein, bspw. mit einer Temperatur von 230°C, wobei der Druck p₂ des Mediums 86 größer ist als der Druck p₁ des Mediums 84.

Der Druck p₂ des Mediums 86 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 15 und 25 bar.

Die Zuführleitungen 60 und 56 sind, in Einströmrichtung in Richtung Behältnis 36 gesehen, nach den Ventilen 58 und 64 über eine Verbindungsleitung 66 verbunden, wobei die Verbindungs­ leitung über ein Ventil 68 geöffnet bzw. gesperrt werden kann.

Um den Mantel 50 herum ist noch zusätzlich eine Mantelheizung 70 vorgesehen, wodurch um den Mantel 50 eine Heizkammer 72 gebildet ist. Die Heizkammer 72 ist mit einem Einlaß 74 bzw. einem Auslaß 76 versehen.

Über die Heizkammer 72 kann ein Heizmedium 88 geführt werden, das bspw. ebenfalls aus einem wasserdampfführenden, unter Druck stehenden Medium besteht, bspw. Wasserdampf mit 120° bis 150°C mit 5 bar.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß sämtliche zugeführte Medien, Wasserdampfmedien, insbesondere Sattdampf sind, die aus einer einzigen Quelle stammen und über entsprechende Druckreduzierventile auf den jeweils gewünschten Druck- bzw. die gewünschte Temperatur eingestellt werden.

Der erfindungsgemäße Puffing-Reaktor 22 arbeitet wie folgt.

Die Heizkammer 72 wird von dem Heizmedium 88 durchströmt.

Über den Stutzen 40 wird aus dem Vorratsbehälter 18 über die Dosierschleuse 20 so viel vorgewärmtes Produkt in den Innenraum 23 des Behältnisses 36 eingetragen, daß die Füllstandhöhe denjenigen Bereich des Hohlzylinders 38 übersteigt, in dem die Öffnungen 46 vorhanden sind. Das bedeutet, die Füllstandhöhe ist höher als die oberste Reihe der Öffnungen 46, jedoch ist der Innenraum 23 nicht vollständig gefüllt. Im Innenraum 23 herrscht Atmosphärendruck.

Bei geschlossenen Ventilen 64 und 58 und geschlossenem Kugel­ ventil 26 wird über das geöffnete Ventil 58 das unter dem Druck p₁ bestehende Medium 84 in die Kammer 48 einströmen gelassen. Das Medium 84 dringt von der Außenseite 37 des Behältnisses 36 her durch die Öffnungen 46 in Richtung Innenraum 23 des Behältnisses 36. Dort trifft das Medium 84 auf das Produkt 32 und durchströmt dies nach oben gerichtet in Richtung oberer Endbereich 44 des Behältnisses 36.

Dabei bilden sich unzählige kleine Strömungskanäle ausgehend von den Öffnungen 46, wie dies in der Schnittdarstellung durch die Strömungspfeile dargestellt ist. Bei diesem Durchströmen überträgt das Medium 84 Wärme auf das Produkt 32, aufgrund der gewählten Druck- und Temperaturbedingungen kann aber die im Innern des Produktes 32 vorhandene Feuchtigkeit nicht verdampfen.

Der Vorgang des Einströmens und des Durchströmens des Mediums 84 dauert etwa 30 bis 60 Sekunden.

Danach wird das Ventil 58 geschlossen, die Ventile 64 und 68 geöffnet, so daß nunmehr das Medium 86 einströmen kann. Das Medium 86 strömt über die Zuführleitung 60 in den verbleibenden Raum über dem Produkt im oberen Endbereich 44 des Hohlzylinders 38 ein, in dem sich der Druck p₁ aufgebaut hat und erhöht diesen Druck auf den Druck p₂. Gleichzeitig kann das Medium 86 über die Verbindungsleitung 66 und die Zuführleitung 56 in die Kammer 48 einströmen. Dieser Vorgang benötigt etwa 12 bis 15 Sekunden.

Das Medium 86 weist eine Temperatur von etwa 230°C und einen Druck p₂ von 15 bis 25 bar auf.

Dieser Zeitraum reicht aus, um im oberen produktfreien Bereich 44 des Behältnisses 36 einen Druck p₂ aufzubauen, ohne daß dieser sich wesentlich in das Produkt 32 hinein fortsetzt, da dieses Produkt einen großen Strömungswiderstand darstellt. In der Kammer 48 bildet sich der Druck p₂ aus. Die kleinen Öffnungen 46 stellen ebenfalls einen so großen Strömungswiderstand dar, daß sich auch von dieser Seiten aus der Druck p₂ nicht in das Behältnis 36 hinein fortsetzt.

Nach diesem Zeitraum wird das Kugelventil 26 schlagartig geöffnet, Öffnungszeit etwa 100 bis 500 Millisekunden, wonach das Produkt explosionsartig aus dem Behältnis 36 über die gekrümmte Leitung 28 in die Expansionskammer 30, in der Atmos­ phärendruck herrscht, ausgestoßen wird.

Der im oberen produktfreien Bereich 44 des Behältnisses 36 zusätzlich erhöhte Druck p₂ dient dabei als eine Art zusätzlicher "Treibsatz" für das Produkt 32, der, in Austragrichtung 89 gesehen, "hinter" dem Produkt 32 vorhanden ist.

Beim Austragen des Produktes 32 findet nun, wie das insbesondere aus der vergrößerten Darstellung von Fig. 3 ersichtlich ist, ein Strömen aus der Kammer 48, in der der Druck p₂ vorherrscht, in Richtung des Innenraums 23 des Behältnisses 36, in dem der Druck p₁ abgebaut wird, statt, wodurch diese Strömung das Produkt 32 etwas von der Innenwand des Hohlzylinders 38 wegdrückt. Über die Vielzahl der Öffnungen 46 gesehen wird dadurch eine Art Luftmantel oder Luftkissen im unmittelbaren Nahbereich der Innenseite des Hohlzylinders 38 gebildet, das dem schnellen und reibungsfreien Austrag des Produktes 32 förderlich ist.

Durch entsprechende, nach unten, also in Austragsrichtung 89 gerichtete Stanzöffnungen 46 wird dies noch weiter begünstigt.

Mit der beschriebenen Vorrichtung 10 können alle gängigen Getreideprodukte und Hülsenfrüchte jeweils unter individueller Anpassung der Druck- und Temperaturbedingungen verarbeitet werden, wobei ein sehr gleichmäßig geblähtes Puffprodukt erhalten wird.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ein Behältnis herangezogen, das mit Öffnungen versehen war.

Es ist auch möglich, die Erfindung bei solchen Puffing-Reaktoren einzusetzen, die geschlossene Behältnisse haben, über die bspw. durch eine einzige Eintragsleitung das Medium am unteren Ende zugeführt wird, bspw. wie dies aus der EP 0 061 229 B1 bekannt ist. Ein solches geschlossenes Behältnis wird dann nicht über seine gesamte Höhe mit dem Produkt befüllt, und es wird am oberen Ende die zusätzliche Zuführleitung für das druckhöhere Medium vorgesehen.

Claims (2)

1. Verfahren zum Puffen von Nahrungsmitteln, insbesondere von Getreide und Hülsenfrüchten, bei dem das Nahrungsmittel als körniges Produkt (32) aufbereitet wird, das Produkt (32) in ein geschlossenes, stehendes Behältnis (36) gegeben wird, im geschlossenen Behältnis (36) derart mit einem unter Druck (p₁) stehenden, wärmeführenden Medium (84) beaufschlagt wird, daß bei einem anschließenden Öffnen des Behältnisses (36) ein solch schlagartiger Druckabbau unter Austreiben des Produktes (32) aus dem Behältnis (36) stattfindet, daß das Produkt (32) aufgebläht wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer gewissen Einströmzeit des Mediums (84) in das Behältnis (36) und kurz vor Öffnen des Behältnisses (36) ein produktfreier Bereich (44) im Behältnis (36), in Austragrichtung (89) des Produktes (32) gesehen hinter dem Produkt (32) noch mit einem zusätzlichen, höheren Druck (p₂) beaufschlagt wird.

2. Vorrichtung zum Puffen von Nahrungsmitteln, insbesondere von Getreide und Hülsenfrüchten, mit einem stehenden Puffing-Reaktor (22), der ein verschließbares Behältnis (36) aufweist, in das das Nahrungsmittel als körniges Produkt (32) einbringbar ist, sowie mit einer Zuführleitung (56) zum Zuführen eines unter Druck (p₁) stehenden, wärmeführenden Mediums (84) in das Behältnis (36), sowie mit einem Öffnungsmechanismus (24) zum schlagartigen Öffnen des Behältnisses (36), dadurch gekennzeichnet, daß in einem oberen Endbereich (44) des Behältnisses (36) eine Zuführ­ leitung (60) mündet, über die ein Medium (86) höheren Druckes (p₂) als der des zugeführten Mediums (84) einspeis­ bar ist.