DE3828941A1 - Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von fetten und oelen einerseits und direkt als futtermittel geeignetes schrot andererseits aus sojabohnen - Google Patents

Description

Bei der Gewinnung von pflanzlichen Ölen und Fetten durch Extraktion von Saatgut, insbesondere Leguminosesamen und speziell Sojabohnen, mit Hilfe organischer Lösemittel wie Hexan, Benzin oder verwandter Kohlenwasserstoffe verbleibt als Rückstand das sogenannte Schrot, das als Futtermittel von allergrößter Bedeutung ist.

Um dieses Schrot jedoch für die Verfütterung aufzubereiten, muß es einmal vom restlichen, anhaftenden Extraktionsmittel befreit werden, und es müssen weiter alle Arten von Gift- und Bitterstoffen, aber auch den Geschmack beeinträchtigenden Begleitstoffen optimal entfernt werden.

Dieser kombinierte Prozeß, der auch ganz allgemein als Toasten bekannt ist, hat somit eine vielfältige Aufgabe zu lösen, damit der Extraktionsrückstand aufgrund seiner ernahrungswichtigen Inhaltsstoffe vom Tier als Futtermittel angenommen und schadlos verarbeitet werden kann. Dies heißt mit anderen Worten, daß das Toasten nicht nur die Teilstufe der restlosen Entfernung von im Schrot vorhandenen Restanteilen an Lösemittel (Entbenzinierung) umfaßt, sondern auch die Zerstörung bzw. Eliminierung aller negativen Begleitstoffe wie Bitterstoffe, geschmacksbeeinträchtigende Stoffe, Inhibitoren, Enzyme u. a., ohne dabei die ernährungswirksamen Inhaltsstoffe zu beeinflussen.

Es ist bereits bekannt, diesen Toastungsprozeß, d. h. die Endaufbereitung des Extraktionsrückstands, vor die Extraktionsphase zu verlegen - dies gilt natürlich nicht für die Abtrennung des restlichen Lösemittels - und damit am noch nicht extrahierten öl- bzw. fetthaltigen Rohmaterial selbst durchzuführen, so daß die entsprechende Behandlung des ölfreien Schrots erspart bieibt bzw. nur noch eine Entbenzinierung und Kühlung erfolgt.

Ein derartiges Verfahren beschreibt die US-Patentschrift 43 59 480, gemäß der das Rohmaterial, also z.B. Sojabohnen, nach der üblichen Vorreinigung zunächst gebrochen und auf Riffel- bzw. Glattwalzen zu Plättchen von ca. 0,25 mm Stärke ausgewalzt wird. Anschließend werden diese sogenannten Flocken durch Direktdampf bei ständiger mechanischer Bewegung in einem Mischer auf einen Wassergehalt von 12 bis 25 Gew.-% angefeuchtet und einer indirekten Wärmebehandlung bei 90 bis 120°C unterworfen. Für diese Behandlungsstufe dient z.B. ein Turmsystem mit mehreren hintereinander vertikal angeordneten Etagenböden mit Indirektheizung (Heizschlangen), die das Material kontinuierlich passiert. Dann erfolgen Kühlung, Trocknung und schließlich die Extraktion mit Lösemitteln. Der Rückstand der Extraktion wird vom anhaftenden Lösemittel befreit und gekühlt, wobei ein Endprodukt mit niedrigem Restölgehalt, hohem Schüttgewicht und einer Ureaseaktivität unter 0,1 erhalten wird.

Bei diesem bekannten Verfahren wird somit zwischen der herkömmlichen Aufbereitung und der Extraktion eine zusätzliche Behandlungsstufe eingeschaltet mit dem Ziel, die in der Soja unter normalen Bedingungen im Bereich mittlerer Temperaturen einsetzende Enzymaktivität durch die beschriebene Feucht-Temperatur-Behandlung auszuschalten.

Es versteht sich, daß dieser apparative Mehraufwand für ein hydrothermisches System (Direktdampfbehandlung, Feuchtigkeitseinstellung, mechanische Bewegung usw.) nicht nur die Gesamtanlage erheblich belastet, sondern auch einen hohen Aufwand an Direktdampf zur Folge hat, was bei derartigen Verfahren bekanntlich einer der wichtigsten Kostenfaktoren darstellt.

Um diesem Nachteil bisheriger Verfahren zu begegnen, wird erfindungsgemäß vorge­ schlagen, das zu behandelnde Sojamaterial roh zu brechen, insbes. lediglich zu halbieren, und in diesem Zustand, d. h. nicht geflockt, im kontinuierlichen Fluß gemäß Verfahren und Wirbelschichtanlage nach P 3 81 57 268 zu konditionieren, d.h. zu kochen bzw. zu toasten, um Lipoproteine und Enzyme sowie Schimmelpilze zu zersetzen, Urease zu inaktivieren, Pektine und Eiweiß zu koagulieren und allgemein Geschmacks- und Bitterstoffe zu eliminieren und dies bei gleichzeitiger Temperung und Einstellung des Wassergehalts.

Durch die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach P 3 81 57 268 wird die abschließende Behandlung des Schrots (Rückstand der Extraktion) durch den Wegfall der Toastung entlastet und in einem einzigen Arbeitsgang die Vorwärmung (Konditionierung) des Materials sowie dessen Anfeuchtung oder auch Wassergehalts-Einstellung, Quel­ lung, Toastung usw. durchgeführt.

Diese kontinuierliche hydrothermische Behandlung des nur grob zerkleinerten bzw. nur einfach gebrochenen, d. h. praktisch lediglich halbierten Sojabohnenmaterials, erfolgt nach P 3 81 57 268 in einem System, das eine Vielzahl "n" von vertikal übereinander angeordneten Betteinheiten mit jeweils nach unten abschließenden, gasdurchlässigen Böden aufweist, wobei in einer ersten, oberen, d.h. dem Materialeintritt folgenden Anzahl von Betteinheiten das Gut durch ein Gemisch von Warm- bzw. Heißluft und Wasserdampf gleichzeitig aufgeheizt und auf den erforderlichen Wassergehalt von ca. 10,0-18,0 Gew.-%, insbes. wenig oberhalb 10,0 Gew.-% eingestellt wird, in einer anschließenden zweiten Anzahl von Betteinheiten bevorzugt nur mit Warm- bzw. Heißluft bei 90- 120°C konditio­ niert und getoastet wird, und in einer dritten, untersten Zone mit einer weiteren Anzahl von Betteinheiten mit praktisch wasserfreier Luft bzw. einem überschüssige Luft als Behand­ lungsgas enthaltenden gasförmigen Medium beruhigt bzw. auf die Austrittstemperatur (kalt, warm oder heiß) eingestellt wird.

Durch diese in einem einzigen Schritt und einer einzigen Anlage durchgeführte Kombina­ tion von Maßnahmen, d.h. die Toastung des noch nicht extrahierten Materials vor der sogenannten Flockung bei gleichzeitiger thermischer Konditionierung und Wasserge­ halteinstellung, werden nicht nur erhebliche Mengen Wasserdampf eingespart, es wird auch insgesamt der Energieaufwand auf ein Minimum reduziert. Letzteres betrifft insbe­ sondere den Energieaufwand bei der bisher üblichen Toastung des Extraktionsrückstands (Schrot) sowie ebenso die Energie für die Flockung (Plättchenbildung), die erheblich schneller und damit zeitsparend erfolgt, da die Aufweichung des Materials durch den erfindungsgemäßen Vorbehandlungsprozeß den sogenannten Glattwalzen weniger Widerstand bietet.

Die Energieeinsparung gilt damit auch für den Aufwand an elektrischer Energie für den Betrieb der mechanischen Vorzerkleinerung (Halbierung der Bohnen), da eine einfache Halbierung - wie festgestellt wurde - ausreicht, um genügend Diffusionswege für in den Kern eintretenden Wasserdampf und Heißluft zu bilden. Zur Halbierung reichen in den meisten Fällen einfache, grob-arbeitende Riffelwalzen aus, um die Saat aufzubrechen und dadurch für die anschließende Kombination aus Konditionierung (Quellung), Toastung und Aufwärmung bereitzustellen.

Auf die sonst üblichen Wärmepfannen mit sehr hohem Verbrauch an mechanischer (elektrischer) und thermischer Energie kann verzichtet werden. Dies gilt auch für Walzenstühle u. dgl.

Geht der Weiterverarbeitung des Saatguts vor der Extraktion eine Pressung voraus, so kann das die kombinierte Anlage gemäß der Erfindung verlassende Material bei den in der untersten Phase einstellbaren Temperaturen direkt der Pressung zugeführt werden. Umgekehrt wird bei ausschließlicher Extraktion - also ohne vorausgehende Pressung - das Gut am Ausgang der erfindungsgemäßen Kombination durch Luft gekühlt, die dann für die anschließenden Stufen der Behandlung (Konditionierung, Einstellung des Wasser­ gehalts, Entbitterung bzw. Toastung) verwendet wird, dabei die durch Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Material erhaltene Eigenwärme für die nachfolgenden Behand­ lungsstufen voll ausnutzend.

Und ist schließlich - was fast immer der Fall - eine Flockung, d. h. Ausbildung von dünnen Plättchen, z. B. auf Glattwalzen, vorgesehen, so kann die hierzu benötigte Temperatur am Ausgang der kombinierten Anlage exakt auf die Erfordernisse der Glattwalzen eingestellt werden.

Das neue Verfahren, das eine Weiterbildung von Verfahren und Vorrichtung nach P 3 81 57 268 darstellt, wird nachfolgend in Anlehnung an das Schema nach Fig. 1 näher erläutert. Fig. 2 zeigt eine Anlage bzw. Vorrichtung für das Verfahren (Kombination), wie sie bereits in P 3 81 57 268 abgehandelt wird.

Beispielhaft wird die Behandlung von Sojabohnen beschrieben: Das gereinigte Rohmaterial (Sojabohnen RM) aus der Aufbereitung (1) wird zunächst in bekannter Weise im kontinuierlichen Durchsatz über einen Brecher bzw. Walzenstühle (2) grob gebrochen bzw. halbiert, so daß die Trennflächen der beiden Hälften freigelegt sind. Anschließend gelangt das Material mit einer Eigentemperatur von rd. 20°C in die oberste Wirbelbettzone (I) auf den ersten Boden (1) - Fig. 2 - und wird hier sowie auf den weiter nachfolgenden Böden 1-4 (Betten I-IV) durch Indirektdampf (id) in den beheizbaren Lochböden (1-4) sowie durch Warmluft oder ein Luft-Dampf-Gemisch derart aufgeheizt, daß die Tempera­ tur im Material Werte von 60-90°C annimmt. Diese Temperatur reicht im allgemeinen aus, um die Erfordernisse der Konditionierung zu erfüllen, d. h. Aufwärmung und Anfeuchtung, Quellung und Aufplatzen der Bohnenhälften bzw. deren Zellmembranen, Koagulation von Pektin und Eiweißstoffen sowie Inaktivierung lipatischer Enzyme und Schimmelsporen und Zerstörung von Bitterstoffen.

Die Aufwärmung erfolgt im Wirbelzustand des Materials, d. h. es werden Überhitzungen vollkommen ausgeschlossen. Durch eine Horizontalbewegung, z. B. mit Hilfe eines Drehkranzes (R) - Fig. 2 - wird das Gut, das sich weiter im Wirbelzustand durch fluidisierende Luft bzw. Luft-Wasserdampf befindet, in Richtung der in jedem Bettboden eingelassenen Zellenschleusen bewegt und dadurch in das darunterfolgende Bett (II-IV) überführt.

In den nachfolgenden Betten, etwa (V-XII), oder auch auf den Böden (5-12) im mittleren Bereich der Gesamtanlage erfolgt weitere indirekte Bodenbeheizung (id) sowie Einstel­ lung einer Materialtemperatur von ca. 100-120°C; dies unter Zuhilfenahme von ggf. Direktdampf (D) und Fluidisierungsluft (L).

Das Gut durchwandert weiter die einzelnen Bettgruppen der theoretischen Mittelzone und wird bei ständiger Homogenisierung durch den Wirbel- bzw. Fließbettprozeß dem Wechselspiel zwischen Dampfkondensation und Wasserverdampfung ausgesetzt. Dabei findet unter den einstellbaren Temperaturbedingungen von ca. 100-120°C - ggf. auch darüber - eine optimale thermische Behandlung im Sinne einer echten Toastung statt.

Schließlich erfolgt im untersten Bereich der Vielzahl von Böden bzw. Betten ein Tempera­ tur- und Feuchtigkeitsausgleich durch trockene Warm- oder Heißluft (L), ggf. in Kombina­ tion mit Direktwasserdampf (vgl. D 14-D 16), bei gleichzeitiger Trocknung des Materials bzw. Einstellung eines Soll-Wassergehalts von 10-12 Gew.-%. In Abhängigkeit von der Eigentemperatur der Luft (L) ist das Endprodukt (TM) gekühlt oder auch angewärmt. Andererseits übernimmt die aufwärts strömende Luft die Überschußfeuchte des warmen bzw. heißen Guts, so daß dieses sich durch die Verdampfungswärme der Überschußfeuchte abkühlt.

Der gesamte hier dargestellte Prozeß in Anlehnung an Fig. 2 ist in Fig. 1 - Blockschema - mit (3) bezeichnet.

Die weiteren Schritte der Öl- bzw. Fettgewinnung aus Sojabohnen sowie der gleichzeitige Anfall des meist direkt als Futtermittel verwendbaren Schrots folgen im Prinzip - mit Ausnahme der bisher erforderlichen abschließenden Kombination aus Entbenzinieren, Toasten und Kühlen - dem üblichen Verlauf, d. h. im Anschluß an die in einer Anlage durchgeführten Verfahrensschritte der thermischen Konditionierung, Wassereinstellung, Toastung und Aufwärmung bzw. Kühlung in Block (3) der Fig. 1 folgt die Herstellung von ca. 0,2-0,5 mm dicken Plättchen oder Flocken auf Glattwalzen-(Quetschwalzen-)Stühlen (4), die Extraktion mit Lösemittel, insbes. Hexan, wobei die ölhaltige Miscella (MIC) vom lösemittelnassen Schrot (5) getrennt wird. Die Miscella wird anschließend in bekannter Weise aufbereitet, das Lösemittel zurückgeführt und das Öl zu reinem Speiseöl verar­ beitet.

Das Schrot wird bei Temperaturen bis 100°C - ggf. auch darunter - in bekannter Weise entbenziniert (6), getrocknet und gekühlt (7), so daß ohne den sonst hier erforderlichen Schritt des Toastens ein Endprodukt (R) anfällt, das den Qualitäten eines in konservativer Weise durch Toasten in der Endphase erzeugten Materials entspricht. Dies bedeutet, daß unerwünschte Enzyme wie Urease inaktiviert sind, Inhibitoren abgebaut sowie Bitterstoffe und negative Geschmacksstoffe eliminiert sind.

Das erhaltene Material (Schrot) ist - nach Trocknung und Kühlung - absolut gleichmäßig in seiner äußeren Beschaffenheit (Korngrößenverteilung) und innerer Qualität, was insbes. auf den erfindungsgemäßen Prozeß in der Wirbelschicht bzw. im Fließbett zurückgeführt wird.

Durch den Wegfall der Toastungsstufe am Schrot nach der Extraktion wird der Ener­ gieaufwand für die Schrot-Endaufbereitung um mindestens 20-25% gesenkt (Summe aus Wärmeenergie für Luft/Dampf und Rührwerksantrieb). Gleichzeitig kann die Kapazität bestehender Anlagen erhöht werden, da der Materialdurchsatz nur noch die Stufen der Entbenzinierung und Trocknung sowie ggf. Kühlung umfaßt; oder es können Anlagen eingesetzt werden, die bei geringerer Kapazität, d. h. kleinerem Volumen, die bisher notwendigen Großapparate vom bekannten TTK-Typ (Desolventizer-Toaster-Trockner- Kü hler) leicht ersetzen.

Die Kombination aus thermischer Konditionierung plus Toastung bzw. die Integration der Toastungsstufe in die thermische Konditionierung vor der Extraktion und vor der Ausbildung von Plättchen in einer Vorrichtung und unter den allgemeinen Ver­ fahrensbedingungen nach P 3 81 57 268 hat, wie bereits gesagt, ebenfalls eine beachtliche Energieeinsparung zur Folge, sei es Wasserdampf und Wärmeenergie, sei es elektrische Energie für die Bohnenaufbereitung (grobes Brechen bzw. Halbieren), Flockung (Ent­ lastung der Walzen durch "aufgeweichtes", halbiertes Bohnenmaterial), Wegfall der sonst unumgänglichen Wärmepfannen, Wegfall der energieaufwändigen Walzenbrecher usw.

Wie bereits in P 3 81 57 268 ausführlich beschrieben wird, kann durch das Verfahren und die Vorrichtung eine in vielen Fällen erhebliche Temperaturreduzierung erzielt werden. Dies gilt auch für die erfindungsgemäße Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der Hauptanmeldung auf den Prozeß der Gewinnung von Öl und Schrot aus Sojabohnen. Durch die Vielzahl von Wirbelbetten (z.B. I-XVI in Fig. 2) bzw. Wirbelböden (1-16) erfolgt eine ständige Erneuerung der Materialoberfläche verbunden mit einer schnellen Folge von Energieaustausch-(Wärme-)Prozessen, d. h. ständiger Austausch bzw. Umwandlung von Verdampfungswärme und Kondensationswärme von Wasser bzw. Wasserdampf. Es ist im Sinne vorliegender Erfindung jene Kombination von Wirkungen des Systems mit einer Vielzahl von vertikal übereinander angeordneten Bett- bzw. Bodeneinheiten, die zu den überraschend hohen Einsparungen von mechanischer Energie, thermischer Energie und Anlagenkapazität bei der Gewinnung von Ölen bzw. Fetten und Schrot durch Extraktion von Sojabohnen führt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Gewinnung von pflanzlichen Ölen und Fetten, insbes. aus Sojabohnen durch Extraktion mit organischen Lösemitteln unter Ausbildung einer ölhaltigen Lösemittelphase (MIC) und eines nahezu ölfreien Extraktionsrückstands (Schrot; R), wobei das Schrot von anhaftendem Lösemittel befreit und zur Verbesserung von Qualität und Reinheit getoastet und schließlich getrocknet und ggf. gekühlt wird, während die Miscella in Öl und Lösemittel getrennt und Letzteres in den Extrak­ tionsprozeß zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilprozeß der Toastung bereits vor der Extraktion und vor der sogenannten Flockierung auf Glattwalzen, in Kombination mit der thermi­ schen Konditionierung und Einstellung des Wassergehalts der nur roh gebrochenen, insbes. lediglich halbierten Bohnen, kontinuierlich gemäß P 3 81 57 268 in einem System erfolgt, das eine Vielzahl "n" von vertikal übereinander angeordneten Bettein­ heiten mit jeweils nach unten abschließenden, gasdurchlässigen Böden aufweist, wobei in einer ersten, oberen, d. h. dem Materialeintritt folgenden Zahl von Bettein­ heiten, das Rohmaterial, insbes. grob halbierte Sojabohnen, durch ein Luft-Wasser­ dampf-Gemisch in Verbindung mit indirekter Bodenheizung auf Temperaturwerte zwischen ca. 60 und 90°C aufgeheizt, in einer anschließenden zweiten Anzahl von Betteinheiten bevorzugt ausschließlich mit Heißluft auf eine Temperatur von ca. 100- 120°C gebracht, und in einer dritten Anzahl von Betteinheiten mit praktisch wasser­ freier Luft bzw. einem überschüssige Luft als Behandlungsgas enthaltenden Rea­ ktionsmedium abschließend getrocknet und/oder gekühlt wird, wobei das Material über den gesamten Reaktionsverlauf, d.h. vom Eintritt in die Anlage bis zum Austritt, im Wirbel- bzw. Fließ-Zustand gehalten wird.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Einzelschritte:

• (1) Reinigung des Rohmaterials (RM);
• (2) Halbierung der Bohnen durch Walzenstühle oder Grob-Brecher;
• (3) Kombinierte hydrothermische Behandlung mit Dampf (D) und Luft (L) zwecks Konditionierung, Toastung und Einstellung eines Soll-Wassergehalts;
• (4) Herstellung von Plättchen oder Flocken auf Glattwalzen;
• (5) Extraktion mit Lösemitteln und Trennung von Miscella (MIC) und Extrak­ tionsrückstand (Schrot);
• (6) Schrot-Entbenzinierung;
• (7) Schrot-Trocknung und -Kühlung.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (3) - Fig. 1 - in einem System erfolgt, das gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl "n" - Fig. 2 - von vertikal übereinander angeordneten Betteinheiten (I-XVI) mit abschließenden, indirekt beheizbaren Böden (1-16), die als Lochböden für Gasdurchlaß ausgebildet sind; regel- und/oder steuerbare Übergangseinrichtungen (20) von einem Bett zum nächstfolgenden; Zuführanschlüsse für Direktdampf (D 1- D 16) und indirekter Dampf (id) für die Beheizung der Lochböden; Ableitungsanschlüsse (3, 3′) für Kondensat aus den indirekt beheizten Böden (1-15) sowie Dampf-Luft-Gemisch aus den Bettein­ heiten unterhalb eines jeden Bett-Bodens (1-16); Einrichtungen zur Bewegung des Materials auf jedem bettabschließenden Boden in Richtung der Übergangseinrichtungen (20); Luftgebläse (B) unterhalb des untersten Bodens (16); Abzugsventilator (V) für Luft bzw. Luft-Dampf-Gemisch; gemeinsame Antriebswelle (W) für die Material-Bewegungselemente (R) sowie Einrichtungen für geregelte Materialaufgabe (RM) und geregelten Abzug des behandelten Materials (TM).

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl "n" von Betteinheiten (I-XVI) bzw. Böden (1-16) max. 25 beträgt und jede Behandlungszone etwa ein Drittel dieser Maximalzahl umfaßt.