DE112020006800B4

DE112020006800B4 - Vorrichtung zum vermahlen von treber und produktionslinie zur erzeugung eines produktes mit hohem eiweissgehalt

Info

Publication number: DE112020006800B4
Application number: DE112020006800.5T
Authority: DE
Inventors: Oleg Grigorievich GORDILOV
Original assignee: Biobo GmbH
Current assignee: Biobo GmbH
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2024-10-17
Anticipated expiration: 2040-03-07
Also published as: BR112022017020A2; AU2020432238A1; EP4119229A4; RU2729826C1; US11383244B2; EP4119229A1; WO2021173030A1; US20220152620A1; JP2023515180A; AU2020432238B2; DE112020006800T5; MX2022010493A

Abstract

Vorrichtung zur Vermahlung von Treber (1), umfassend einen an eine Vermahlungseinrichtung (2) angeschlossenen Einlauftrichter (3),
wobei der Einlauftrichter (3) durch Hydratation von Treber versorgt wird,
und die Vermahlungseinrichtung eine Auslauföffnung (30) für vermahlenen Treber umfasst und einen Stator (5) und einen Rotor (6), die koaxial angeordnet sind, mit einem Spalt (10) zwischen deren Arbeitsflächen umfasst;
ein Mittel zum Mischen und Verschieben der Mischung in den Spalt zwischen Stator und Rotor, das auf der Endfläche des Rotors in dessen Mitte befestigt ist;
ein unter dem Rotor (6) angeordnetes Mittel zum Entladen des Trebers;
wobei der Rotor (6) die Möglichkeit einer abgestuften Vermahlung des Trebers bietet und eine größere Treberfraktion auf der oberen Stufe (23) und eine kleinere Fraktion auf der unteren Stufe erzeugt, und im oberen Teil mit Blättern (27) versehen ist, die auf dem Umfang des Rotors (6) angeordnet sind und deren Außenfläche Teil der Arbeitsfläche des Rotors (6) ist.

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindungen betreffen Vorrichtungen zur Nassmahlung von Faserstoffen und harten Körnchen, v.a. mit Senkrechtbeladung, die in der Lebensmittelindustrie Einsatz finden können; und zwar insbesondere bei der Verarbeitung von Treber, einem Abfallprodukt aus dem Brauereiweisen, wobei ein proteinöses Produkt in Form einer Suspension, eines Mehls oder eines Konzentrats zur späteren Erzeugung in Lebensmittelprodukten mit therapeutischen, prophylaktischen und diätetischen Eigenschaften erzeugt wird. Das Produkt der Treberverarbeitung kann u.a. auch Anwendung in der Tierhaltung als Futterergänzungsmittel und in der Landwirtschaft als Bodendüngemittel finden.
Stand der Technik
Der feinen und ultrafeinen Vermahlung von Partikeln kommt heutzutage in verschiedenen Branchen eine besondere Bedeutung zu. Eine Schwierigkeit bei der Lösung dieser Aufgabe liegt darin, eine feine Vermahlung eines Ausgangsmaterials mit heterogenen Bestandteilen zu gewährleisten. Bekannt sind Kolloidmühlen, d.h. Vorrichtungen zur Präparation von Suspensionen, Emulsionen und Lösungen in verschiedenen Branchen, insbesondere aber in der Lebensmittelindustrie; diese gewährleisten ein homogenes Produkt mit den erforderlichen Korngrößen. Die aus der Vermahlung in einer Kolloidmühle resultierenden Partikelgrößen können dabei weit auseinandergehen, und zwar, je nach Rohstoff, von wenigen µm bis mm.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine Mühle zur Vermahlung von Treber, die die Erzeugung einer pastösen Masse (Suspension oder Brei) mit einer Partikelgröße (Korngröße) von 0,001 - 5 mm ermöglicht. Zur Vermeidung von Agglomerationen erfolgt die Vermahlung dabei in Gegenwart eines Dispergiermittels; als Dispergiermittel wird dabei eine Flüssigkeit, z.B. Wasser, verwendet. Angemeldet wird ferner eine Produktionslinie zur Erzeugung eines Produktes mit hohem Proteingehalt (Suspension, Mehl oder Konzentrat) aus Treber, was dadurch ermöglicht wird, dass diese eine erfindungsgemäße Mühle umfasst.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Konstruktion der Kolloidmühle mit Rotor zur Nassmahlung durch eine senkrechte Rohstoffbeladung der an einen Elektromotor und einen Einlauftrichter angeschlossenen Vermahlungseinrichtung zu ergänzen. In der Regel umfasst die Vermahlungseinrichtung der Mühle ein Hauptteil mit Ein- und Auslaufstutzen, in dem zwei Werkzeuge - ein Rotor und ein Stator - koaxial mit einem Spalt angeordnet sind, sodass eine relativ reziproke Drehbewegung ermöglicht wird. In den meisten bekannten Ausführungsformen umfasst die Mühle eine Einrichtung zur Regelung des Spalts zwischen den beiden Werkzeugen. Die Werkzeuge bestehen aus hochfesten Stoffen, und die Arbeitsflächen weisen eine komplexe Topographie auf, die aus Kanten und Nuten besteht. Das Wirkprinzip stützt sich auf ein Abreiben (Dispergieren) der Bestandteile der Mischung im Spalt zwischen den Arbeitsflächen von Rotor und Stator, wenn sich einer von diesen dreht. Kolloidmühlen gewährleisten eine hohe Dispersität von Suspensionen und Emulsionen, die unlösliche harte Bestandteile enthalten.
Bekannt sind verschiedene Modifikationen an Kolloidmühlen, die von der Fa. IKA WERKE GMBH & CO KG [DE] an der Rotor-Stator-Einrichtung der ursprünglichen Konstruktion vorgenommen worden sind; diese beinhalten ein bestimmtes Muster auf den Arbeitsflächen von Rotor und Stator, eine bestimmte Konizität von Rotor und Stator sowie einen Oberteil des Rotors mit einem Hohlraum und Ausschnitten, durch die das Ausgangsprodukt in den Spalt zwischen Rotor und Stator gelangt. Dabei ermöglicht die Arbeitsfläche des Rotors eine dreistufige Vermahlung des Ausgangsproduktes, wobei die erste Stufe eine größere Korngröße und die dritte eine kleinere gewährleistet (wobei von der ersten zur dritten Stufe die Breite abnimmt und die Anzahl der Nuten zunimmt), wodurch eine Körnchenvermahlung innerhalb eines engen garantierten Größenbereichs ermöglicht wird.
Bekannt ist insbesondere eine hochproduktive On-Line-Kolloidmühle - IKA MK 2000 der Fa. IKA WERKE GMBH & CO KG [DE] zur feinen Nassmahlung harter und gekörnter Stoffe. Durch diese Mühle MK 2000 wird die Erzeugung qualitativ hochwertiger Kolloidlösungen sowie besonders feiner Emulsionen und Suspensionen ermöglicht. Die Vermahlungseinrichtung der Mühle ist als Rotor-Stator-Anlage mit spiralförmigen oder transversalen Auskerbungen verschiedener Größe auf der Arbeitsfläche von Rotor und Stator ausgebildet. Die kegelförmige Konstruktion von Rotor und Stator, die koaxial angeordnet sind, ermöglicht eine fließende Regelung des Spalts zwischen Rotor und Stator, wenn letzterer in Axialrichtung verschoben wird. Hierdurch kann man v.a. bei heterogenen Stoffen die Dispersionsergebnisse beeinflussen. Außerdem sind Kolloidmühlen i. a. R. durch das Vorhandensein eines Kühlwassermantels charakterisiert.
Durch die vorgenannten Eigenschaften der IKA MK-Kollidmühle wird es ermöglicht, eine Partikelgröße zu erreichen, die mit der Partikelgröße vergleichbar ist, die nach einer Dispersion auf einem Hochdruckhomogenisator erreichbar ist.
Die bekannten Kolloidmühlekonstruktionen beinhalten eine charakteristische kegelstumpfförmige Ausgestaltung von Rotor und Stator, die, zusammen mit der Geometrie ihrer Arbeitsflächen, eine ultrafeine Kornvermahlung gewährleistet. Dennoch sind die vorgenannten Konstruktionen nicht optimal, wenn es darum geht, Treber zwecks Erzeugung eines Produktes mit hohem Proteingehalt zu vermahlen. Wenn Treber mit den vorgenannten Mühlen vermahlen wird, ergibt sich eine Masse, bei der der Eiweißanteil innerhalb zusammengepresster Schalteile gebunden ist, was zu einem Eiweißverlust bei der anschließenden Reinigung von Schalresten aus dem resultierenden homogenen Produkt führt. Außerdem sind die bekannten Konstruktionen durch eine relativ geringe Produktivität und ungenügende Zuverlässigkeit für dieses Produkt gekennzeichnet; die reibungslose Arbeit der Mühle wird dadurch gestört, dass die Vermahlungseinrichtung mit vermahlenen Rohstoffpartikel verstopft wird. Bei dieser Konstruktion fehlt die - für die Trebervermahlung unverzichtbare - Möglichkeit einer automatisierten geregelten Hydratation des zugeführten Rohstoffs, um eine pastöse Masse zu erhalten.
Aus Patent Nr. CN204816672 ist eine senkrechte Kolloidmühle für Molkereiprodukte bekannt, auf deren Basis ein Elektromotor und eine an einen Einlauftrichter angeschlossene Vermahlungseinrichtung angeordnet sind. In der Vermahlungseinrichtung ist ein statisches Element (Stator) der Mühle angeordnet, und an der Welle des Elektromotors ist ein rotierendes Vermahlungselement (Rotor) angeordnet. Auf der unteren Seite des Rotors ist ein Zentrifugalteller angeordnet. Rotor und Stator sind Schlüsselelemente der Mühle; sie weisen nahe aneinander angeordnete kegelförmige Oberflächen auf, auf denen zahnförmige Nuten ausgebildet sind, die sich in ihren geometrischen Eigenschaften und ihrer Position auf den kegelförmigen Oberflächen unterscheiden. In einer Ausführungsform der Vermahlungseinrichtung weisen die Arbeitsflächen von Rotor und Stator drei Vermahlungsstufen auf, die über die Länge des Rotors verteilt sind, wobei jede der Stufen durch unterschiedliche geometrische Eigenschaften der zahnförmigen Nuten - Neigungswinkel, Länge, Tiefe - charakterisiert ist. Rotor und Stator sind aus Edelstahl gefertigt.
Vermahlungseinrichtung, Rotor und Stator sind bei dieser Kolloidmühle jedoch auf die Verarbeitung von Molkereiprodukten mit flüssiger oder sahniger Konsistenz ausgelegt. Die freie Bewegung von ungenügend hydrierten Produkten wird dabei durch das Vorhandensein eines schmalen, länglichen zylindrischen Teils zwischen dem Einlauftrichter und dem Arbeitsbereich der Mühle behindert. Außerdem wird die Durchlaufgeschwindigkeit größerer Partikel durch die Verwendung von sägezahnartigen Nuten als Schneidekanten des Rotors reduziert. Für diese Kolloidmühlekonstruktion sind die vorstehend in Bezug auf die Mühlen der Fa. IKA WERKE GMBH & CO KG [DE] beschriebenen Nachteile charakteristisch.
Aus der CN106378237 ist eine Kolloidmühle bekannt, bei der die Vermahlungseinrichtung eine dreistufigen kegelförmigen statischen Stator und einen vierstufigen kegelförmigen beweglichen Rotor umfasst. Der Rotor ist dabei mit der Welle eines hochtourigen Elektromotors verbunden, wobei die Verbindung zwischen der Welle des Elektromotors und dem Rotor durch eine Mutter gewährleistet wird. In der Vermahlungseinrichtung beträgt der Abstand zwischen der ersten Rotorstufe und dem Oberdeckel 0,25 - 0,55 mm, der Abstand zwischen der zweiten Rotorstufe und dem Stator beträgt 0,085 - 0,15 mm und der der Abstand zwischen der vierten Rotorstufe und dem Stator beträgt 0,005 mm. Beim Stator handelt es sich um einen Kegel, bei dem der Neigungswinkel der Seitenfläche 8° beträgt. Die erste Rotorstufe weist eine abgestufte Konizität und sägezahnartige Nuten auf, die spiralförmig in einem bestimmten Neigungswinkel verteilt sind. Die zweite Rotorstufe umfasst dabei 40 sägezahnartige Nuten mit einem Neigungswinkel von 9°; die dritte Rotorstufe 160 zickzackförmige Nuten mit einem Neigungswinkel von 12°; die vierte Rotorstufe besteht aus Metallkarbid, oder sie ist mit einer Keramikbeschichtung versehen.
Das Vorhandensein des schmalen länglichen zylindrischen vertikalen Teils vor dem Arbeitsbereich der Mühle und das Vorhandensein des hohen kegelförmigen Teils des Rotors auf hoher Ebene stellen jedoch ein Hindernis für die freie Bewegung von ungenügend hydrierten Produkten oder Produkten mit erheblichen Partikelgrößen dar.
Außerdem ist diese Konstruktion auch nicht optimal, wenn es darum geht, Treber zur Gewinnung eines Produktes mit hohem Eiweißgehalt zu vermahlen, wozu am Ausgang der Mühle die pastöse Masse größere Partikelgrößen aufweisen muss, als diese durch die bekannte Konstruktion gewährleistet werden. Eine übermäßige Vermahlung ist für die Weiterverarbeitung des vermahlenen Trebers im Separators nicht akzeptabel. Außerdem ist die Verwendung einer herkömmlichen Mutter zur Verbindung der Elektromotorwelle mit dem Rotor mit dem Nachteil verbunden, dass die Mutter in den unteren Teil des Einlauftrichters gerät und bei Umdrehung im Produkt einen verdichteten Bereich bildet, der dem Produkt den Eintritt in den Arbeitsbereich der Mühle (Rotor und Stator) erschwert. Die Durchlaufgeschwindigkeit größerer Partikel wird durch die Verwendung von sägezahnartigen Nuten als Schneidekanten des Rotors reduziert. Außerdem fehlt auch dieser Konstruktion die - zur Trebervermahlung unverzichtbare - Möglichkeit einer Hydratation des zugeführten Rohstoffs, um eine pastöse Masse zu gewinnen.
Von den vorgenannten Kolloidmühlekonstruktionen ist der nächstliegende Stand der Technik die hochproduktive On-Line-Kolloidmühle IKA MK 2000 der Fa. IKA WERKE GMBH & CO KG [DE]. Also kennt der Stand der Technik keine technischen Lösungen mit Konstruktionsparametern, die die Gewinnung eines Produktes in Form einer pastösen Masse (Brei oder Suspension), umfassend fett- und proteinreiche Gerstenschalreste und Getreidepartikeln aus Treber, einem Abfallprodukt aus dem Brauereiweisen, aus dem nach der Entfernung der Schalen eine proteinöse Suspension mit hohem Eiweißgehalt (mindestens 45,0 - 50,0 Masse-% im Trockenrückstand) gewonnen wird, die breite Verwendung als Lebensmittel- und Futterzusatzstoff findet.
Aus der DE 10 43 767 B ist eine Kolloidmühle mit einem kegelförmigen Rotor bekannt.
Die technische Aufgabe besteht darin, die Konstruktion der Rotormühle durch die Aufnahme einer senkrechten Rohstoffbeladung zu ergänzen, ohne dass dabei die Nachteile der vorgenannten analogen Lösungen auftreten, um aus Treber ein Produkt mit hohem Eiweißgehalt gewinnen zu können.
Wesen der Erfindung
Technisches Ergebnis der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung einer hochproduktiven, zuverlässigen Vorrichtung zur Vermahlung von Treber, einem Abfallprodukt aus dem Brauereiwesen, bei Gewinnung eines Produktes in Form einer pastösen Masse (Brei oder Suspension), die nach der Entfernung von Schalen (unter Gewinnung einer Proteinsuspension, eines Proteinmehls oder -konzentrats) durch einen hohen Eiweißgehalt charakterisiert ist.
Die erfindungsgemäße Mühle und die diese verwendende Produktionslinie können auf verschiedene Leistungsstufen ausgelegt werden, und zwar von einigen Einheiten bis hin zu zig Tonnen pro Stunde. Dabei wird die Zuverlässigkeit der Mühlekonstruktion insbesondere durch ihren ununterbrochen kontinuierlichen Betrieb über längere Zeit, insbesondere infolge des Ausschlusses einer Verstopfung der Vermahlungseinrichtung mit vermahlenen Rohstoffpartikeln, gewährleistet. Die Größen der am Ausgang der Mühle in der pastösen Masse enthaltenen Partikel können 0,001 - 5 mm betragen.
Erreicht wird das technische Ergebnis durch die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Trebervermahlung (Mühle), umfassend einen an eine Vermahlungseinrichtung angeschlossenen Einlauftrichter, wobei der Einlauftrichter durch Hydratation von Treber versorgt wird, und die Vermahlungseinrichtung eine Auslauföffnung für vermahlenen Treber umfasst und einen Stator und einen Rotor, die koaxial angeordnet sind, mit einem Spalt zwischen deren Arbeitsflächen umfasst; ein Mittel zum Mischen (bzw. zum Vermischen des Trebers mit einer Flüssigkeit) und Verschieben der Mischung in den Spalt zwischen Stator und Rotor, das auf der Endfläche des Rotors in dessen Mitte befestigt ist; ein unter dem Rotor angeordnetes Mittel, z.B. in Form eines Blisks, zur Entladung des verladenen Trebers;
wobei der Rotor die Möglichkeit einer abgestuften Vermahlung des Trebers bietet und eine größeren Treberfraktion auf der oberen Stufe und eine kleinere Fraktion auf der unteren Stufe erzeugt, und im oberen Teil mit Blättern versehen ist, die auf dem Umfang des Rotors angeordnet sind und deren Außenfläche Teil der Arbeitsfläche des Rotors ist.
In einer der Ausführungsformen der Erfindung ist der Stator unbeweglich und der Rotor beweglich. Dabei können Stator und Rotor in Längsrichtung kegelstumpöffrmig ausgebildet sein.
Vorzugsweise ermöglicht der Rotor eine dreistufige Trebervermahlung.
Die Blätter auf der oberen Endfläche des Rotors weisen an einem Ende eine abgeschrägte Außenfläche und am anderen Ende eine abgeschrägte Innenfläche aufweist, die den Eintritt des Trebers in den Spalt zwischen Rotor und Stator ermöglichen. Vorzugsweise sind zwei Blätter einander gegenüberliegend angeordnet.
Die Arbeitsfläche der Rotorstufen ist so ausgebildet, dass von er obersten hin zur untersten Stufe die Breite abnimmt und die Anzahl der Nuten zunimmt.
In einer Ausführungsform handelt es sich beim Mittel zur Hydratation des Trebers um eine Ringleitung, die im Oberteil des Einlauftrichters angeordnet und mit Öffnungen oder Düsen zur Zuführung einer Flüssigkeit versehen ist. Das Hydratationsmittel kann Regelung und Kontrolle der zuzuführenden Flüssigkeitsmenge ermöglichen.
Das Mittel zur Vermischung (des Trebers mit der Flüssigkeit) und Verschiebung der Mischung in den Spalt zwischen Stator und Rotor kann in Form eines V- oder Y-förmigen Blatts vorliegen. Dabei ist das Blatt im Hohlraum am Eingang zur Vermahlungseinrichtung angeordnet, der auf der unteren Seite durch die Endfläche des Rotors definiert ist, sodass es bis zur halben Höhe des Hohlraums einnehmen kann.
Der Einlauftrichter kann mit Treberfüllstandsmeldern ausgestattet werden, die zur Regelung der Treberzuführung zum Einlauftrichter an eine Steuerung angeschlossen werden können.
Vorzugsweise ermöglicht die Verlmahlungseinrichtung die Vermahlung von Treber bis zu einer Größe von 0,001 - 5 mm.
Beim Mittel zum Entladen des vermahlenen Trebers handelt es sich um einen auf der Achse des Rotors angeordneten Blisk.
Die Breite der Auslauföffnung der Vermahlungseinrichtung für den vermahlenen Treber beträgt dabei 8 - 10 % des Umfangs des Außendurchmessers des Stators.
Das technische Ergebnis wird erreicht durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Proteinsuspension aus Treber, umfassend in folgender Reihenfolge: eine Vorrichtung zum Zerbröseln von Treber und zur Entfernung mechanischer Fremdstoffe daraus; eine Vorrichtung zur Vermahlung von Treber (Mühle), deren Konstruktion vorstehend bereits beschrieben wurde, einen Extraktor, der die Aufteilung der Masse in Suspension und Schalen ermöglicht; eine Vibrationsfilter, der die Entfernung verbleibender Schalteile aus der resultierenden Suspension ermöglicht.
Die Trebervermahlungseinrichtung kann die Masse auf eine Partikelgröße von 0,001 - 5 mm vermahlen. Der Extraktor ermöglicht die Extraktion (Trennung) der Masse mit Partikelgrößen von 0,001-1,0 mm von den größeren Partikeln. Der Vibrationsfilter weist Zellgrößen von 0,1 - 0,5 mm auf. Als Vorrichtung zur Zerbröselung und und zur Entfernung mechanischer Fremstoffe kann ein Vibrationssieb mit Magnetstofffänger verwendet werden. Das Vibrationssieb weist dabei eine Zellgröße von 6 - 10 mm, eine Schwingfrequenz von 10 - 50 Hz und eine Amplitude von 2 - 20 mm auf.
Die Produktionslinie kann ferner eine Einrichtung zur Konzentration der Proteinsuspension mit Auslauföffnungen für Konzentrat und Zentrat umfassen. Dabei kann der Zentratauslauf der Konzentrationseinrichtung an die Vorrichtung zur Trebervermahlung mit der Möglichkeit einer Hydratation vor der Vermahlung angeschlossen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung (Mühle) gewährleistet eine zusätzliche Hydratation des Rohstoffs im Einlauftrichter und Vermahlungsparameter, wonach das Produkt Partikel mit Größen von 0,001 - 5 mm enthält. Vorzugsweise wird das Produkt am Mühlenausgang im Separator in eine eßbare und eine nicht eßbare Fraktion aufgeteilt. Durch eine übermäßige Vermahlung des Trebers (auf Partikelgrößen kleiner 0,001 mm) wird der Treber in eine homogene Masse umgewandelt, was die wirksame Teilung in Schalen und Suspension mit hohem Eiweißgehalt erschwert.
Außerdem wird bei der erfindungsgemäßen Mühlekonstruktion infolge der Verwendung eines Flüssigkeitszuführungsmittels (dessen Temperatur im Bereich von 3 - 30 °C liegen kann), das zur Hydratation des Rohstoffs verwendet wird und die kontinuierliche/regelmäßige Kühlung der Mühle gewährleistet, kein Kühlwassermantel benötigt. Durch das Entfallen des Kühlwassermantels wird die Konstruktion im Vergleich zu den bekannten Lösungen vereinfacht.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Mühlekonstruktion besteht darin, dass sich ein vermahlenes Produkt ergibt, bei dem der Eiweißanteil nicht innerhalb zusammengepresster Schalteile gebunden ist, wodurch der Eiweißverlust bei der anschließenden Reinigung von Schalresten aus dem resultierenden homogenen Produkt vermieden wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch eine hoch intensive Vermahlung sowie einen zuverlässige, wirksamen und kontinuierlichen Betrieb charakterisiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen:

eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mühle, die zusammen mit einem Elektromotor auf einer Basis aufgestellt ist, in Frontal- und Seitenansicht;
eine schematische Darstellung des Einlauftrichters der Mühle: A - eine Aufstellungszeichnung der Bauelemente des Einlauftrichters, B - eine Draufsicht auf den Einlauftrichter, C - eine schematische Darstellung der Mühle, die den Prozess der Zuführung und Verarbeitung des Rohstoffs zeigt;
ein Längsschnitt der Mühle;
- eine Gesamtansicht auf die Mühle mit Auschnitten zur Visualisierung einzelner Bauelemente, die im Hauptteil der Mühle angeordnet sind;
- ein Längsschnitt der Mühle in einer möglichen Ausführungsform, der die Größe des Spalts zwischen Rotor und Stator zeigt;
Gesamtansichten von Stator bzw. Rotor, die ein Ausführungsbeispiel der Topographie ihrer Arbeitsflächen zeigt;
- Seitenansicht und Querschnitt des Hohlraums der Auslauföffnung zur Entladung des vermahlenen Produktes (D-D);
eine Ausführungsform eines V-förmigen Blattes am oberen Teil des Rotors; Gesamt-, Frontal-, Seitenansicht bzw. Draufsicht;
Fotos einzelner Bauelemente einer Erstausführung der Mühle, wobei eine Draufsicht auf die Vermahlungseinrichtung (bei abgenommenem Einlauftrichter), Gesamtansichten auf den Rotor, der auf der Scheibe zur Verschiebung des vermahlenen Produktes in die Auslauföffnung angeordnet ist;
ein Foto (eines Teils) einer Erstausführung einer Produktionslinie zur Gewinnung einer proteinösen Suspension aus Treber zeigt, die eine erfindungsgemäße Mühle umfasst;
eine schematische Darstellung einer experimentellen Produktionslinie zur Gewinnung eines proteinösen Mehls aus Treber zeigt, die eine erfindungsgemäße Mühle umfasst.

Ausführung der Erfindung
Es folgt eine nähere Beschreibung der vorliegenden Erfindungen, die keine Einschränkung des Schutzumfangs darstellt, sondern lediglich mögliche Ausführungsformen beschreibt, die das beanspruchte technische Ergebnis erreichen. Dabei wird aufgezeigt, dass die erfindungsgemäße Mühle ( ) als Teil einer Vorrichtung ( ) zur Verarbeitung von Treber zur Gewinnung einer proteinreichen Suspension verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Mühlekonstruktion 1 ermöglicht eine gleichmäßige Hydratation des Rohstoffvolumens (Treber) und die Vermahlung von dessen Bestandteilen (protein- und fettreiche Gerstenschalreste, Getreidepartikel usw.) zu einer Fraktion mit Partikelgrößen von 0,001 - 5 mm sowie deren Homogenisierung. Die Mühle umfasst eine Vermahlungseinrichtung 2, die an einen Einlauftrichter 3 angeschlossen ist. Die Vermahlungseinrichtung umfasst Werkzeuge (Stator 5 und Rotor 6), die koaxial in deren Hauptteil angeordnet ist und im Längsschnitt mit zylindrischen oder kegelförmigen Arbeitsflächen ausgebildet sind. Die Rotation des Stators und/oder Rotors erfolgt um deren gemeinsame Achse. Falls eines der Werkzeuge unbeweglich aufgestellt ist, gestaltet sich die technische Ausführung der Vorrichtung einfacher. In einer Ausführungsform der Erfindung werden ein rotierendes Werkzeug (Rotor) und ein unbewegliches Werkzeug (Stator) verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Mühle sind die Werkzeuge kegelförmig ausgebildet. Der Rotor 6 ist auf der Welle 8 befestigt, die mit beliebigen bekannten Mitteln, z.B. Riemenscheiben- oder Untersetzungsgetriebe, mit der Welle des Elektromotors 7 verbunden ist. Mühle 1 und Elektromotor 7 können auf einer Basis angeordnet sein.
Der Rotor 6 im Hauptteil 4 ist in Bezug auf den Stator 5 so angeordnet, dass zwischen ihren Arbeitsflächen ein Spalt 10 liegt, in dem das zugeführte Material vermahlen wird, wobei der Spalt 0,5 - 2,5 mm groß sein kann und durch die Hin- und Herbewegung des Rotors (im Falle kegelstumpfförmiger Werkzeuge) eingestellt wird. Vorzugsweise sind Rotor und Stator so ausgeführt und relativ zueinander so angeordnet, dass der Spalt von der dritten (unteren) Rotorstufe hin zur ersten (oberen) Rotorstufe größer wird.
Auf der Welle des Rotors 6 ist auch eine Montagescheibe 28 mit Blättern montiert, die derart ausgestaltet sind, dass bei Rotation der Scheibe das vermahlene Produkt zur Auslauföffnung 30 verschoben wird.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung einzelner Teile und Bauelemente der Mühle.
Der Einlauftrichter 3 ist vorzugsweise als Trichter ausgestaltet ( ). Die Mühle ist dabei mit einem Mittel zur Zuführung einer Flüssigkeit zur Hydratation des Rohstoffs versehen. Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Hydratation des Rohstoffs kann das Mittel in Form einer Wasserleitung 13 mit Öffnungen oder Düsen 14 vorliegen, die um den Umfang des Trichters 3 und in deren Oberteil oberhalb einer Markierung, die den maximalen Füllstand des Einlauftrichters kennzeichnet, angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen 14 der Leitung über deren Länge verteilt, was eine gleichmäßige Hydratation (Verflüssigung) des gesamten Trebervolmens während der Verarbeitung gewährleistet. Der Einlauftrichter 3 ist mit Füllstandsmeldern 15, 16, 17 ( ) versehen, die die Kontrolle der Rohstoff- und Wasserzuführung zur Mühle 1 ermöglichen. Vorzugsweise sind im Einlauftrichter drei Füllstandsmelder 15, 16, 17 angeordnet, die an einen Mikrocontroller angeschlossen sind, der in unmittelbarer Nähe der Füllstandsmelder angeordnet sein kann, so z.B. auf der Basis (Rahmen), auf der auch die Mühle aufgestellt ist. Dabei ist einer der Melder, und zwar der obere 17, zur Kontrolle des maximal zulässigen Rohstofffüllstands (z.B. 85 - 90 Vol.-% der maximalen Kapazität des Trichters) bestimmt. Der zweite Melder, der mittlere 16, ist zur Kontrolle des optimalen Rohstofffüllstands bestimmt (z.B. 25 - 30 Vol.-% der maximalen Kapazität des Trichters). Der dritte Melder, der untere 15, ist am Boden des Einlauftrichters angeordnet, z.B. in einem Abstand von 15 cm zum Boden, um den kleinstmöglichen Füllstand im Trichter zu kontrollieren (z.B. 10 - 15 Vol.-% der maximalen Kapazität des Trichters). Unterschreitet der Füllstand des zugeführten Rohstoffs die Höhe des Melders 15 wird der Betrieb der Mühle solange unterbrochen, bis die nächste Rohstoffcharge eintrifft.
Der auf der Welle 8 befestigte Rotor 6 der Vermahlungseinrichtung 2 der Mühle 1 weist eine originelle Konstruktion mit mehrstufiger Arbeitsfläche und Hohlraum 26 im Oberteil des Rotors 6 auf, wobei ein V- oder Y-förmiges Blatt 12 auf der Seite der Endfläche der Welle 8 befestigt ist. Optimal ist dabei eine dreistufige Ausgestaltung der Arbeitsfläche des Rotors zur gewährleistung eine dreistufigen Vermahlung des Trebers, um eine größere Fraktion auf der ersten und eine kleinere auf der dritten Stufe zu erhalten. Hierzu weist die Außenfläche (Arbeitsfläche) jeder Rotorstufe eine Topographie auf, die aus Kanten und zwischen den Kanten angeordneten Nuten besteht, um die erforderliche Vermahlung des Ausgangsproduktes zu gewährleisten. Hierzu wird der Abstand zwischen benachbarten Kanten von der ersten hin zur dritten Stufe kleiner, wie in gezeigt.
In einer Ausführungsform kann der Rotor 6 eine Höhe größer oder gleich der Höhe des Stators 5 aufweisen, wobei die Stufen des Rotors 6 ebenfalls mit gleicher oder unterschiedlicher Höhe ausgestaltet werden können. Die geometrischen Abmessungen von Rotor und Stator (Höhe, Durchmesser) richten sich nach der Leistung der Mühle. In dieser Ausführungsform der Mühle mit einem 120 mm hohen Rotor sind die Stufen 23 - 25 des Rotors 6 in gleicher Höhe (40 mm) ausgebildet. Die Arbeitsfläche der ersten Stufe 23 ist mit einander durchkreuzenden „Kanten“ (in Form von Vorsprüngen) ausgebildet, die in einem Winkel zur Seitenlinie des Kegels der jeweiligen Stufe z.B. von 15 - 45°, in einem Abstand (Schrittweite) von 3 - 6 mm zueinander angeordnet sind, wodurch insgesamt eine Oberfläche entsteht, die vorzugsweise aus Rauten besteht, wie in gezeigt. Das Muster der Arbeitsfläche der zweiten Stufe 24 des Rotors 6 kann das Muster der ersten Stufe mit abnehmendem Abstand (Schrittweite) zwischen benachbarten Kanten wiederholen, so z.B. 1/2 - 1/3 der Schrittweite der ersten Stufe. Die Arbeitsfläche der dritten Stufe 25 kann aus Kanten bestehen, die über die ganze Oberfläche in etwa parallel in einem Winkel zur Seitenlinie von z.B. 15 - 50° und einem Abstand (Schrittweite) voneinander, der analog dem Abstand (Schrittweite) zwischen benachbarten (parallelen) Kanten der zweiten Stufe oder kleiner ist, z.B. ½ - 1/3, angeordnet sind. Diese Rotorgeometrie wurde für eine Mühle mit einer Leistung von 1,5 - 2 t/h festgelegt. Dabei ist auch eine andere Ausgestaltung des Rotors, seiner Stufen und deren Arbeitsfläche möglich, bei der die Anordnung der Kanten die erforderliche Vermahlungsstufe der Treberpartikel insgesamt gewährleistet. Der Rotor kann als einzelnes Element vorliegen oder aus getrennten Elementen (Stufen) bestehen.
Der Einlauftrichter 1 ist mit der Vermahlungseinrichtung 2 unter Bildung eines „Übergangshohlraums“ von der Unterseite des Trichters 1 zur oberen Endfläche (1. Stufe) des Rotors 6 in deren oberen Teil verbunden. Darin ist das V-förmige Blatt 12 angeordnet. Dabei ist im oberen Teil des Rotors 6 eine Aussparung (Hohlraum 26) ausgebildet, die durch zwei am Umfang des Rotors einander (äquidistant) gegenüberliegend angeordnete Wandungen 27 abgegrenzt ist, die als Blätter fungieren, die den Treber gegen die Wandungen des Stators 5 drücken; anschließend tritt dieser in den Spalt 10 zwischen Stator und Rotor ein. Hierzu weist jede Wandung (Blatt) an einem Ende eine abgeschrägte Außenfläche und am anderen Ende eine abgeschrägte Innenfläche auf. Dabei ist die Außenfläche der Blätter 27 Teil der Außenfläche (Arbeitsfläche) der ersten Stufe 23 des Rotors. Die am Umfang gemessene Länge des Blattes kann in einer Ausführungsform des Rotors ¼ des Umfangs betragen. Eine kürzere Ausgestaltung der Blätter ist auch möglich (so z.B. ¼ - 1/6 des Umfangs) bei Vergrößerung des Abstands (Spalts) am Umfang zwischen den Blättern, durch den der Ausgangstreber in den Spalt 10 eintritt.
Die Arbeitsfläche des Stators 7 ( ) ist ebenfalls gerifft, d.h. sie besteht aus Kanten und Nuten (bzw. aus Vorsprüngen und Vertiefungen), die vorzugsweise in Längsrichtung und in einem kleinen Neigungswinkel zur Seitenlinie des Stators, z.B: 5 - 30°, orientiert sind.
In der Mitte des Rotors 6 im Hohlraum 26 auf der Endfläche der Welle 8 ist ein Y- oder V-förmiges Blatt 12 fest montiert, das zusammen mit den Blättern 27 den Durchgang des Trebers durch die Mühle verbessert und die Produktivität erhöht. In einer konkreten Ausführungsform der Erfindung ( ) besteht das V-förmige Blatt 12 z.B. aus einer einzelnen Platte B, die in einem Winkel α von 35 - 55° gekrümmt und mit (scharfgeschliffenen) Schneidekanten 19 - 21 versehen ist, wobei die Kante 19 auf dem Drehweg des Blattes in einem Anstellwinkel von 12 - 15 % angeordnet ist. Vorzugsweise weist das Blatt in der Abwicklung die Form eines Parallelogramms auf, dessen spitzer Winkel 35 - 55° betragen kann. Dieses Blatt ermöglicht es, den Treber zwangsmäßig in den Spalt zwischen Stator und Rotor bei beiläufiger Zerbröselung (Vermahlung) des Rohstoffs (Treber) im Vorfeld „hineinzusaugen“. In einer der Ausführungsformen des V-förmigen Blattes 12 können zwei Blätter in Bezug auf ihre eigenen (durch ihre Mitte verlaufenden) Längsachsen in einem Winkel β von 5 - 45° auf dem Drehweg (Drehrichtung) des Blattes verdreht sein, wodurch der „Einfang“ und die Treberübergabe vom Hohlraum des Oberteils des Rotors in den Spalt 10 verbessert werden können. In einer Ausführungsform kann dieses Blatt einem Schraubenkopf angeschweißt werden, wodurch es fest am Wellenkörper 8 fixiert wird.
An der Welle 8 unter dem Rotor 6 ist auch der Blisk 27 zur Verschiebung des vermahlenen Trebers zur Auslauföffnung der Vermahlungseinrichtung angeordnet, dessen Blätter 28 die in dargestellte Form aufweisen können.
Bei der erfindungsgemäßen Mühle kann die Öffnung 30 für das fertige Produkt um 20 - 30 % breiter konstruiert sein als bei bekannten Konstruktionen ( ). In einer Ausführungsform kann die Auslauföffnung der Höhe nach durch die Unterseite des Rotors 6 (dessen untere Stufe) und die Unterseite der Scheibe 28 (d.h. in etwa gleicher Höhe wie die Scheibe, die das vermahlene Produkt zur Auslauföffnung verschiebt), und der Breite nach auf 8 - 10 % des Umfangs am Außendurchmesser des Stators begrenzt sein. Da das Ausgangsprodukt eine hohe Viskosität aufweist und reichlich Getreidematerial enthält, gewährleistet die Erweiterung der Auslauföffnung den freien Austritt der Suspension, wobei eine Druckerhöhung im Hauptteil infolge einer Zurückhaltung des vermahlenen Produktes am Ausgang, die die Übergabe des Materials in den Arbeitsbereich der Vermahlungseinrichtung verhindern würde, ausgeschlossen wird.
Die erfindungsgemäße Mühle ist einsetzbar im Rahmen einer Vorrichtung zur Erzeugung verschiedener proteinöser Produkte aus Treber in Form einer Suspension als eigenständiges Produkt sowie als Zwischenprodukt zur Erzeugung von Konzentrat, Isolat, Mehl usw., die einer Vermahlung des Ausgangstrebers bei der Verarbeitung bedürfen, aus der sich Zwischenfraktionen (am Mühlenausgang) von 0,001 - 5 mm ergeben.
Die Produktionslinie zur Erzeugung einer Proteinsuspension aus Treber ( ) umfasst (in der angegebenen Reihenfolge): eine Vorrichtung zur Zerbröselung von und Entfernung mechanischer Fremdstoffe, d.h. ein Vibrationssieb 31, das mit einer Fördervorrichtung 32 verbunden ist; eine erfindungsgemäße Mühle 1 mit einem Elektromotor 7; einen Extraktor 33, der die Trennung (Extraktion) der Masse mit Partikelgrößen von 0,001-1,0 mm von den größeren Partikeln (Aufteilung in Suspension und Schalen) ermöglicht; einen Vilbrationsfilter 35 mit einer Zellgröße von 0,2 - 0,5 mm, dessen Konstruktion eine zusätzliche Entfernung der übrigen Schalpartikel aus der resultierenden Suspension ermöglicht; Auffangbehälter für Suspension 37 und Schalen 38. Zur Vermahlung und Entfernung der mechanischen Fremdstoffe kann dabei ein Vibrationssieb mit einem Magnetstofffänger mit einer Zellgröße von 6 - 10 mm, einer Siebschwingfrequenz von 10 - 50 Hz und einer Amplitude von 2 - 20 mm verwendet werden. Als Extraktor wird ein Schneckenextraktor mit einer Schneckendrehzahl von 2 - 8 U/m verwendet. Außerdem kann die Produktionslinie umfassen: eine Konzentrationseinrichtung 39 für die Proteinsuspension mit einer Auslauföffnung für Zentrat, die an eine Rohrleitung 13 zur Hydration des in die Mühle 1 gegebenen Rohstoffs angeschlossen werden kann.
Die Mühle kann aus Edelstahl (Lebensmittelgüte) gefertigt werden. Die Mühle funktioniert wie folgt.
Der Elektromotor 7 wird eingeschaltet, was die Welle 8, und somit auch den darauf angeordneten Rotor 6 mit dem V-förmigen Blatt 12 und der Scheibe 28, zum Rotieren bringt. Über den Einlauftrichter 1 wird (durch ein Mittel zur Beigabe einer Flüssigkeit, d.h. Wasser oder Zentrat) hydrierter Treber in die Vermahlungseinrichtung 2 gegeben, wo die Treberpartikel im Spalt zwischen Rotor 6 und Stator 5 vermahlen werden. Bei der Vermahlung wird das Material durch Zentrifugalkräfte in die Peripherie geschoben, aus der es mithilfe der Scheibe 28 über die Auslauföffnung 30 in den Auffangbehälter für das vermahlene Material hinausgebracht wird.
Nachstehend wird aufgezeigt, wie die Mühle in einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Proteinsuspension aus Treber eingesetzt werden kann.
Der Ausgangstreber mit 70 - 90 % Hydratation wird i. d. R. 3 Stunden lang (ab dessen Bildung als Brauereiabfallprodukt) in der Mühle 1 bearbeitet. Der Treber wird von Hand oder mit beliebigen mechanischen Mitteln dem Vibrationssieb 31 mit einer Zellgröße von 6 - 10 mm zugeführt, das mit einem Magnetstofffänger versehen ist und in dem der Treber vermahlen und daraus mechanische und metallische Fremdstoffe entfernt werden. Die Verarbeitung am Vibrationssieb 31 umfasst Sieben des Trebers bei einer Siebschwingfrequenz von 10 - 50 Hz und einer Amplitude von 2 - 20 mm über 2 - 10 Sekunden, woraus sich ein für den nächsten Verarbeitungsschritt (d.h. Vermahlung) geeigneter Rohstoff ergibt, der keine größeren Stücke enthält und eine homogene Zusammensetzung aufweist. Außer dem Vibrationssieb kann die Vermahlung des Trebers zur Bildung einer homogenen Masse unter Entfernung mechanischer Fremdstoffe mit einer beliebigen bekannten Vorrichtung oder Baugruppe erfolgen, die die angegebenen Funktionen gewährleistet. Zur weiteren Vermahlung wird der zerbröselte Treber durch eine Fördervorrichtung 32 in die Mühle 1 gebracht, die zusammen mit dem Elektromotor 7 auf der Basis 9 angeordnet ist und die Vermahlung des Ausgangstrebers zu einer Fraktion mit einer Partikelgröße von 0,001 - 5,0 gewährleistet. Beim Eintritt des Rohstoffs in den Einlauftrichter der Mühle wird ihm allmählich Wasser hinzugegeben, wobei eine gleichmäßige Hydratation des Rohstoffs nach Volumen gewährleistet wird, was im kontinuierlichen oder Pulsbetrieb vonstatten gehen kann. Die hinzugegebene Wassermenge beträgt in der Regel 0,5 : 1 - 1 : 1 im Verhältnis zum Treber. Der Hydratationsgrad des in der Mühle bearbeiteten Trebers liegt vorzugsweise im Bereich von 90 - 95 %. In der Mühle 1 wird der Treber gleichmäßig gemischt (und/oder homogenisiert), um eine homogene pastöse Masse mit einer Viskosität von vorzugsweise 750 - 1400 cPa·s zu erhalten, die dann mittels Schwerkraft dem Scheckenextraktor 33 zugeführt wird, in dem eine Trennung in eine Suspension mit 90 - 95% Hydratation und einer Viskosität von 1,5 - 3 cPa·s und Schalen mit 60 - 75% Hydratation erfolgen. Der Treber kann mit beliebigen bekannten Mitteln, z.B. Förderschnecke, Förderband oder Kratzerförderer, der Mühle zugeführt werden.
Die Vermahlung des Trebers in der Mühle 1 erfolgt zwischen den Arbeitsflächen des Rotors 6 und des Stators 5, wobei der Rotor 6 der Mühle z.B. mit einer Drehzahl von 1800 - 3200 U/s gedreht wird, was eine dicke, homogene, aber fließfähige Masse ergibt, um einen maximalen Nährstoffanteil aus dem Rohstoff bei der Schneckenextraktion gewinnen zu können. Das bei der anschließenden Verarbeitung der Nährstoffsuspension (bei der Konzentration) anfallende Zentrat wird vorzugsweise zusammen mit Wasser zur Hydratation in der Mühle 1 verwendet, was die Gewinnung eines möglichst großen Nährstoffanteils aus dem Zentrat ermöglicht und wodurch auf eine Weiterverwertung des Zentrats verzichtet werden kann. So können die Ressourcen, die sonst zur Reinigung des Zentrats vor dem Abfließen in die Kanalistation benötigt werden, eingespart werden. Das Wasser bzw. Zentrat aus den Einrichtungen wird über die um den Umfang des Trichters oberhalb der Markierungen, die den maximalen Füllstand zeigen, angeordneten Öffnungen 14 der Wasserleitung 13 dem Einlauftrichter 3 der Mühle 1 zugeführt. Die hinzugegebene Wasser- bzw. Zentratmenge kann mithilfe des Ventils 18 geregelt werden.
Nach der Vermahlung in der Mühle 1 wird die Masse einer Verarbeitung im Schneckenextraktor 33 bei einer Schneckendrehzahl von 2 - 8 U/m unterzogen, was es ermöglicht, die Nährstoffsuspension möglichst schnell, binnen 1 - 2 Sekunden, vom Nebenprodukt Gerstenschalen zu befreien. Hierzu wird die durch die Mühle 1 geführte pastöse Masse (Brei) mittels Schwerkraft dem Schneckenextraktor 33 zugeführt, wo sie von den Schalen separiert wird und sich am Ausgang das Hauptprodukt - eine Nährstoffsuspension mit höchstens 95 % Hydratation - und das Nebenprodukt - Gerstenschalen mit 60 - 75 % Hydratation und einer Partikelgröße von 1,0 - 5,0 mm - ergeben. Da nach der Verarbeitung der Suspension im Schneckenextraktor 33 immer noch 2 - 5 % kleine Schalen mit Abmessungen von 0,01 - 1,0 mm verbleiben, wird die Suspension einer Impellerpumpe oder einer sonstigen Pumpe 34 zugeführt, die zur Verarbeitung einer Nährstoffsuspension mit bis zu 5 % Verunreinigung mit höchstnes 1,0 mm großen kleinen Pflanzenanzeilen konfiguriert ist, und im nächsten Reinigungsschritt einem Vibrationsfilter 35 mit einer Zellgröße von 0,2 - 0,5 mm zugeführt wird, was eine praktisch vollständige Entfernung der nach der Schneckenextraktion verbliebenen Schalen aus der Nährstoffsuspension ermöglicht. Nach dem Vibrationsfilter 35 wird die Suspension mittels der Impellerpumpe 36 dem Auffangbehälter 39 zugeführt. Die resultierende Proteinsuspension mit 40 - 65 Masse-% Proteingehalt im Trockenrückstand kann als Endprodukt fungieren und dabei als Nahrungs- bzw. Futterergänzungsmittel verwendet oder zum späteren Gebrauch eingefroren werden. Die resultierende Proteinsuspension kann einer anschließenden Verarbeitung in der Einrichtung 39 zugeführt werden, um daraus ein Proteinkonzentrat mit einem Proteingehalt von 60 - 80 Masse-% oder ein Proteinisolat mit einem Proteingehalt größer 80 Masse-% zu gewinnen.
Die Schalen sind ein Nebenprodukt aus der Treberverarbeitung, das während des Arbeitsprozesses des Schneckenextraktors spontan dem Vorratsbehälter zufließt, aus dem es mittels Förderschnecke oder einer sonstigen Fördervorrichtung in den Auffangbehälter 38 übergeben wird. Die erfindungsgemäße Produktionslinie kann auch zur Erzeugung von Proteinsuspensionen mit geringerem Eiweißgehalt, so z.B. 40, 42, 47 und 49 Masse-% (mit geringerem Nährwert) verwendet werden. Ein derartiges Produkt kann in Gebieten Anwendung finden, in denen es nicht erforderlich ist, den maximalen quantitativen Proteingehalt im proteinösen Produkt zu gewährleisten, so z.B. als Köder für Tiere.
Um die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung aufzuzeigen, wurden hergestellt: eine erfindungsgemäße Mühle und eine Produktionslinie, in der die Mühle mit einer Leistung von 11 kWt, einer Rotordrehzahl von 2200 U/m, Abmessungen von 1200 x 940 x 530 mm und einer Produktivität von 1500 kg Treber/h eingesetzt wurde. Rotor und Stator der Mühle entsprachen den und wiesen folgende Parameter auf: Höhe des Rotors - 120 mm; Höhe der einzelnen Rotorstufen: 40 mm; Durchmesser der Rotorbasis (untere Stufe): 120 mm; Durchmesser der oberen Stufe: 100 mm; Höhe und Durchmesser der Statorbasis 120 bzw. 220 mm; Größe des „Arbeitsspalts zwischen Rotor und Stator an der Basis und im Oberteil“: 0,8 bzw. 1,2 mm; Die Topographie der Arbeitsflächen von Rotor und Stator entsprach folgenden Parametern: Das Rautenmuster der oberen Rotorstufe wies folgende Abmessungen auf: lange Diagonale der Raute: 10 mm, Breite der Raute (kurze Diagonale): 5 mm; das Rautenmuster der zweiten (mittleren) Rotorstufe wies folgende Abmessungen auf: lange Diagonale der Raute: 5 mm, kurze: 2,5 mm; der Abstand zwischen benachbarten Kanten der dritten (unteren) Rotorstufe betrug 2 mm; dabei betrugen Breite und Höhe der Kanten (Vorsprünge, die Kanten bilden) auf allen Stufen 2 - 2,5 mm; das V-förmige Blatt wies folgende Abmessungen auf: Länge: 50 mm, Breite: 15 mm, Dicke: 2 mm, Winkel zwischen Blättern: 45 °; Anstellwinkel des Blattes: 12 °; Abmessungen der Auslauföffnung: 65 x 45 mm (Breite x Höhe), der Einlauföffnung ins Hauptteil 130 mm. Der Neigungswinkel der Seitenlinie des Rotors zur Horizontalen im Längsschnitt der Vermahlungseinrichtung betrug 83 °, der des Stators 85 ° ( ). Das Volumen des Einlauftrichters 3 betrug 0,15 m³, und der Einlauftrichter war mit einem Mittel zur Beigabe von Trinkwasser versehen.
Auf der resultierenden Vorrichtung wurden 260 kg Treber mit 75,59 % Hydratation (Nährwert 150 kcal) bearbeitet, die von Hand dem Vibrationssieb 31 (Vibrationssieb XFZ1020 mit einstufigem Sieb, Zellgröße 10 mm, 2000 mm Länge, 1000 mm Breite, Schwingfrequenz 20 Hz, Amplitude 8 mm) zugeführt wurden. Vom Vibrationssieb 31 wurde die Masse per Bandförderer 32 der Mühle 1 zugeführt, wo der Treber mit schätzungsweise 170l Wasser (0,67:1) hydriert wurde; das Wasser floss der Mühle mit einem Durchfluss von 15 l/min zu. Dabei wurde der hydrierte Treber bis auf eine Fraktionsgröße von 0,1 - 1,0 mm zermahlen. Geregelt wurde die Zuführung von Rohstoff und Wasser zum Einlauftrichter 3 der Mühle 1 mithilfe von drei Fülllstandssensoren 15, 16 und 17, die im Gehäuse des Einlauftrichters 3 eingebaut waren, und eines Mikrocontrollers 17, der in unmittelbarer Nähe der Füllstandssensoren angeordnet war. Dabei wurde einer der Sensoren, der obere 17, zur Kontrolle des maximalen Füllstands des Rohstoffs im Trichter verwendet. Bei Erreichung des maximalen Füllstands wurde der Befehl zum Stoppen des Förderers gegeben. Der zweite - mittlere - Sensor 16 wurde zur Kontrolle des minimalen Füllstands des zugeführten Rohstoffs (25 - 30 Vol.- % der maximalen Kapazität des Trichters), wobei bei Erreichen dieses Werts der Befehl zum Einschalten des Förderers und zur Zuführung von Rohstoff zum Einlauftrichter gegeben wurde, was einen ununterbrochenen Betrieb der Mühle gewährleistete. Der dritte - untere - Sensor 15 war am Boden des Einlauftrichters in einem Abstand von 15 cm vom Boden angeordnet, um die geringstmögliche Rohstoffmenge im Trichter zu kontrollieren, unterhalb derer der Betrieb der Mühle bis zum Eingang der nächsten Rohstoffcharge unterbrochen wird. Nach der Mühle wurde die resultierende Masse mit einer Viskosität von 900 - 1200 cP und 95 % Hydratation dem Schneckenextraktor 35 (KDLZ-1,5, Leistung 4 kW, Drehzahl 4,5 - 10 U/m) zugeführt, am Ausgang dessen sich als Hauptprodukt eine Nährstoffsuspension mit 95 % Hydratation und einer Viskosität von 2,013 cP, und als Nebenprodukt Gerstenschalen mit 70,84 % Hydratation ergaben. Die Nährstoffsuspension wurde mittels einer Impellerpumpe 34 (Leistung 0,25 kW, Drehzahl 1200 U/m) dem Vibrationsfilter 35 (XZS-1200-1S, Leistung 0,75 kW, Öffnung 0,3 mm), und nach der Filtration wurde sie mittels Impellerpumpe 36 (Leistung 0,25 kW, Drehzahl 1200 U/m) in den Auffangbehälter 37 übergeben. Die Schalen flossen spontan dem Auffangbehälter 38 zu. Auf diese Weise ergab sich eine Nährstoffsuspension mit 93 % Hydratation, einer Viskosität von 1,907 cP und Partikelgröße von 0,005 - 0,3 mm. Zur Bewertung der Zusammensetzung wurden 12 l der Suspension in einem Sprühtrockner (HT-RY1500) über 8 Stunden bei 200 °C bis zu einem Wassergehalt von 10 % getrocknet (die Leistung des Sprühtrockners HT-RY1500 beträgt dabei 1500 ml Suspension/h).
Die Mühle und die diese verwendende Produktionslinie gewährleisten die Erzeugung eines Treberverarbeitungsproduktes in Form einer Nährstoffsuspension mit einem Eiweißgehalt von mindestens 40 Masse-% im Trockenrückstand und einem Nährwert von 220 ± 50 kcal. Bei der Suspension kann es sich dabei um ein gebrauchsfertiges Produkt oder ein Zwischenprodukt, aus dem durch weitere Verarbeitung ein Konzentrat, Isolat oder Mehl mit einem Proteingehalt von bis zu 90 - 95 Masse-% im Trockenrückstand erzeugt werden kann, handeln.
Durch die Verarbeitung des Trebers auf der erfindungsgemäßen Mühle kann ein Produkt mit einer Hydratation von mindestens 95 % und einer Partikelgröße von höchstens 5 mm mit einem Eiweißgehalt von mindestens 40,0 Masse-% im Trockenrückstand und ohne Glutengehalt erhalten werden. Durch die Mühle wird es ermöglicht, bei der Erzeugung der Proteinsuspension alle wertvollen bioaktiven Bestandteile des Ausgangstrebers zu erhalten. Durch die reichhaltige chemische Zusammensetzung des Trebers und dessen minimalen Kohlenwasserstoffgehalt eignet er sich zur Verwendung in der Nahrungsmittelindustrie, insbesondere zur Produktion mehlhalter Süßwaren als Protein-Mineral-Vitamin-Zusatzstoffe.

Bei der Durchführung der Versuche zur Erzeugung des proteinösen Produktes auf Mühlen bekannter Konstruktion mit Rotor-Stator-Vermahlungseinrichtung, wozu Kolloidmühlen ohne Mittel zur Hydratation des Rohstoffs oder zur Vermischung und Verschiebung eingesetzt wurden, war der quantitative Eiweißgehalt im Endprodukt signifikant geringer als bei der erfindungsgemäßen Mühle. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle aufgeführt. Tabelle

Eigenschaft der Vermahlungsvorrichtung und des resultierenden Produktes	Parameterwerte
	Mühle 1 (erfindungsgemäß)	Mühle 2 (bekannt)
Produktivität der Mühle bei der Treberverarbeitung, kg/h	1500	150
Partikelgröße am Ausgang der Mühle, mm	0,001 - 5	0,001-0,1
Hydratation, %	90-92	86
Protein, %	52,0	27,0

Bezugszeichenliste:

1: Mühle,
2: Vermahlungseinrichtung,
3: Einlauftrichter,
4: Hauptteil der Vermahlungseinrichtung 2,
5: Stator,
6: Rotor,
7: Elektromotor,
8: Welle des Rotors 6 (verbunden mit der Welle des Elektromotors, z.B. über ein Riemenscheiben- oder Untersetzungsgetriebe)
9: Basis (Rahmen) für die Aufstellung des Elektromotors 7 und der Mühle 1,
10: Spalt zwischen Stator 5 und Rotor 6,
11: Hohlraum am Eingang der Vermahlungseinrichtung ,
12: Y- oder V-förmiges Blatt,
13: Wasserringleitung,
14: Öffnung (Düsen) in der Ringleitung zur Wasser- oder Zentratzuführung,
15, 16, 17: Füllstandsmelder,
18: Wasserzufuhrreglerventil,
19, 20, 21: Schneidkanten des Blattes 12,
22: Schraube, auf der das Blatt 12 befestigt ist,
23: erste (obere) Stufe des Rotors 6,
24: zweite Stufe des Rotors 6,
25: dritte (untere) Stufe des Rotors 6,
26: Hohlraum im Oberteil des Rotors 6,
27: Wandungen (Blätter) des Rotors, die den Hohlraum 26 definieren,
28: Blisk zur Verschiebung des vermahlenen Produktes in die Auslauföffnung,
29: Einlauföffnung der Vermahlungseinrichtung,
30: Auslauföffnung der Vermahlungseinrichtung,
31: Viebrationssieb,
32: Förderband,
33: Schneckenextraktor,
34, 36: Impellerpumpe,
35: Vibrationsfilter,
37: Auffangbehälter für die Proteinsuspension.
38: Auffangbehälter für Schalen,
39: Einrichtung zur Verarbeitung der proteinösen Suspension zur Gewinnung eines Proteinkonzentrates oder -isolates,
40: Zentratbehälter.

Claims

Vorrichtung zur Vermahlung von Treber (1), umfassend einen an eine Vermahlungseinrichtung (2) angeschlossenen Einlauftrichter (3), wobei der Einlauftrichter (3) durch Hydratation von Treber versorgt wird, und die Vermahlungseinrichtung eine Auslauföffnung (30) für vermahlenen Treber umfasst und einen Stator (5) und einen Rotor (6), die koaxial angeordnet sind, mit einem Spalt (10) zwischen deren Arbeitsflächen umfasst; ein Mittel zum Mischen und Verschieben der Mischung in den Spalt zwischen Stator und Rotor, das auf der Endfläche des Rotors in dessen Mitte befestigt ist; ein unter dem Rotor (6) angeordnetes Mittel zum Entladen des Trebers; wobei der Rotor (6) die Möglichkeit einer abgestuften Vermahlung des Trebers bietet und eine größere Treberfraktion auf der oberen Stufe (23) und eine kleinere Fraktion auf der unteren Stufe erzeugt, und im oberen Teil mit Blättern (27) versehen ist, die auf dem Umfang des Rotors (6) angeordnet sind und deren Außenfläche Teil der Arbeitsfläche des Rotors (6) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) unbeweglich und der Rotor (6) beweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Stator (5) und Rotor (6) in der ihre Achsen durchquerenden Längsebene kegelstumpfförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) die Möglichkeit einer dreistufigen Trebervermahlung bietet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Blatt (27) an einem Ende eine abgeschrägte Außenfläche und am anderen Ende eine abgeschrägte Innenfläche aufweist, die den Eintritt des Trebers in den Spalt zwischen Rotor und Stator ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Blätter (27) aufweist, die einander gegenüberliegend auf dem Umfang des Rotors (6) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, von einer höheren Stufe des Rotors (6) zu einer niedrigeren, die Breite der Arbeitsfläche des Rotors (6) abnimmt und die Anzahl der Nuten zunimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Mittel zur Hydratation des Trebers um eine im oberen Teil des Einlauftrichters (3) angeordnete Ringleitung (13) handelt, die mit Öffnungen oder Düsen (14) zur Zuführung von Flüssigkeiten versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Hydratation des Trebers Kontrolle und Regelung der zuzuführenden Menge an Flüssigkeit ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Mischen und Verschieben der Mischung in den Spalt zwischen Stator und Rotor als V- oder Y-förmiges Blatt (12) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie am Eingang zur Vermahlungseinrichtung (2) einen Hohlraum (26) aufweist, der auf der unteren Seite durch die Endfläche des Rotors (6) abgegrenzt ist, wobei das V- bzw. Y-förmige Blatt (12) höchstens die halbe Höhe des Hohlraums (26) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit im Einlauftrichter (3) angeordneten Füllstandsmeldern (15, 16, 17) für den Treber ausgestattet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine an die Füllstandsmelder (15, 16, 17) angeschlossene Steuerung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Vermahlung von Treber zu einer Partikelgröße von 0,001 - 5 mm ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (30) der Vermahlungseinrichtung (2) für den vermahlenen Treber eine Breite aufweist, die gleich 8 - 10 % des Umfangs des Außendurchmessers des Stators (5) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Entladen des vermahlenen Trebers in Form eines auf der Achse des Rotors (6) angeordneten Blisks (28) vorliegt.
Produktionslinie zur Erzeugung eines Produktes mit hohem Eiweißgehalt aus Treber, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: eine Vorrichtung (31) zur Auflockerung und zur Entfernung mechanischer Fremdstoffe aus dem Treber ; eine Vorrichtung zur Vermahlung des Trebers (1) nach Anspruch 1; einen Extraktor (33), der die Aufteilung der Masse in Suspension und Schalen ermöglicht; einen Vibrationsfilter (35), der die Entfernung verbleibender Schalenteile aus der resultierenden Suspension ermöglicht.
Produktionslinie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermahlungseinrichtung (1) die Vermahlung der Masse zu einer Partikelgröße von 0,001 - 5 mm ermöglicht.
Produktionslinie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Extraktor (33) die Trennung der Masse mit Partikelgrößen von 0,001 - 1,0 mm von den größeren Partikeln ermöglicht.
Produktionslinie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsfilter (35) mit einer Zellgröße von 0,1 - 0,5 mm ausgebildet ist.
Produktionslinie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung (31) zur Vermahlung und Entfernung mechanischer Fremdstoffe ein Vibrationssieb (31) mit Magnetstofffänger verwendet wird.
Produktionslinie nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Viebrationssieb (31) mit einer Zellgröße von 6 - 10 mm, einer Siebschwingfrequenz von 10 - 50 Hz und einer Amplitude von 2 - 20 mm ausgebildet ist.
Produktionslinie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Einrichtung (39) zur Konzentration der Proteinsuspension mit Austrittsöffnung für Konzentrat und Zentrat umfasst.
Produktionslinie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung der Konzentrationseinrichtung für Zentrat an eine Vorrichtung zur Vermahlung von Treber angeschlossen ist, die die Hydration des Trebers vor der Vermahlung ermöglicht.