Einführung und Stand der Technik
Die weltweite Nahrungsmittelversorgung steht derzeit vor einem Wandel. So führt einerseits das starke Wachstum der Weltbevölkerung zu einem steigenden Bedarf an Lebensmitteln und damit auch an der Versorgung an Proteinen. Dieser steigende Bedarf kann aufgrund des Flächenbedarfs zur Viehversorgung nicht nur mit tierischen Proteinen/Produkten gedeckt werden. Zum anderen fordern die Verbraucher immer stärker die Berücksichtigung der nachhaltigen Herstellung, und hier stehen die tierischen Produkte zunehmend in der Kritik: Der Land- und Wasserverbrauch sowie die Emission von Treibhausgasen sind im Vergleich zum Anbau von Feldfrüchten um ein Vielfaches höher. Alternative Eiweißquellen werden nachgefragt und spielen eine wichtige Rolle, um den künftigen Proteinbedarf in der Bevölkerung decken zu können. Neben pflanzlichen Produkten gehören dazu auch Pilze, Algen oder Insekten.
Für Fleischersatzprodukte auf Pflanzenbasis werden Feld- und Hülsenfrüchte – aktuell zumeist Soja – verwendet. Hier werden meist Isolate mit hohen Proteingehalten von > 80 % verarbeitet. Das übliche Verfahren hierfür ist die Nassextraktion. Durch den Einsatz von viel Wasser, Chemikalien und viel Energie zur Trocknung ist es aufwändig, kostspielig und ressourcenverbrauchend.
Die Lösung von NETZSCH
Ein Alternativprozess ist die Trocken-Fraktionierung – seit langem bekannt bei der Mehlverarbeitung. Die Erfahrungen aus diesem Prozess wurden von NETZSCH erfolgreich auf die Anforderungen bei der Aufarbeitung von Feldfrüchten übertragen.
Das Verfahrensziel liegt darin, durch Zerkleinerung und anschließender Trennung eine proteinreiche Fraktion zu gewinnen, in der der Anteil an Protein deutlich höher als im Ausgangsmaterial ist.
Feinmahlen
Aufbrechen der Zellverbände mit dem Ziel die Stärkekörner von den Proteinen zu trennen. Das Resultat sind einzelne Stärke- und Proteinkörner sowie Zellfragmente aus Proteinkörnern, die zum Teil Stärkekörner enthalten.
Sichten
Effiziente Trennung des Stärke-Protein-Gemisches in eine Grobfraktion mit hohem Stärkeanteil und eine Feinfraktion mit hohem Proteingehalt.
Verarbeitung
Effektive Prallzerkleinerung mit der NETZSCH Sichtermühle CSM
Die Feldfrucht wird zuerst gereinigt, geschält und gelangt anschließend in die trockene Vermahlung, dessen Ziel das Aufbrechen der Zellen und die Separierung der Stärkekörner von den Proteinen und faserhaltigen Zellbestandteilen ist. Am ökonomischsten wird dies mittels Prallzerkleinerung in der NETZSCH Sichtermühle CSM erreicht.
Durch den in der Mühle integrierten Sichter wird sichergestellt, dass nur grobe Zellfragmente so lange im Mahlraum verbleiben bis die Stärkepartikel aus den Zellfragmenten herausgelöst wurden und im Idealfall nur noch Stärke und Proteinfragmente übrigbleiben. Nur so kann bei optimalem Energieaufwand eine hohe Ausbeute im nachfolgenden Trennschritt erreicht werden.
Entscheidend für die nachfolgende Trennung ist, dass bei der Vermahlung der Größenunterschied zwischen Proteinfragmenten und Stärkekörnern möglichst groß bleibt. Abhängig von der Feldfruchtart haben die Proteine (am Beispiel von Erbsen) eine Korngröße von < 3 μm, während die Stärkepartikel im Bereich von 40 μm erheblich größer vorliegen. Im Gegensatz zu einer Stiftmühle wird die Stärke in der NETZSCH Sichtermühle weitaus schonender beansprucht, wodurch die Stärkepartikel weitestgehend erhalten bleiben und die Proteinfragmente möglichst kleiner sind. Dies ermöglicht höchste Wirkungsgrade bei der folgenden Trennung.
Ihr Nutzen im Fokus
- Schnelle Anpassung an unterschiedliche Produkteigenschaften
- Breites Produktspektrum
- Leichter Zugang für schnelle Produktrotation
- Präzise Einstellung der Produktfeinheit
Trennung
Effiziente Trennung mit dem NETZSCH Hochleistungsfeinstsichter CFS/HD-S
Die Abscheidung erfolgt mit dem NETZSCH Hochleistungsfeinstsichter CFS/HD-S.
Der Sichter arbeitet mit einem Luftstrom zum Dispergieren der Feststoffpartikel. Nur durch eine effektive Dispergierung werden alle Partikel nach Größe und/oder Gewicht im Luftstrom optimal voneinander getrennt. Hierzu wird das gemahlene Produkt in einen mit der Sichterluft beaufschlagten Ringspalt geführt. Durch den Ringspalt wird beides auf eine Kreisbahn beschleunigt und die Partikel durch die zusätzlich wirkenden Zentrifugalkräfte voneinander getrennt. Im Vergleich mit anderen Sichterbauformen werden die Partikel mit dem CFS/HD-S erheblich effektiver voneinander getrennt und somit höhere Proteinwerte
Abhängig von der Qualität des Ausgangsprodukts in Bezug auf Sorte, Feuchtigkeit, Lagerungsbedingungen und Proteingehalt werden hohe Proteinwerte von bis zu 60 - 75 % für gelbe Erbsen bzw. Ackerbohnen erreicht.
Ihr Nutzen im Fokus
- Für hohe Proteingehalte bis zu ca. 75%
- Kompakte Bauweise
- Effektive Dispergierung
- Einstellbar für hohe Ausbeuten
Anwendungsbeispiel Gelbe Erbsen
Kombination von Maschinen | Durchsatz | |
Mühle | Sichter | [t/h] |
CSM 360 | CFS 170/HD-S | 0,5 |
CSM 560 | CFS 340/HD-S | 1,3 |
CSM 720 | CFS 510/HD-S | 2,3 |
CSM 900 | CFS 1000/HD-S | 4,5 |
REM-Bilder
REM-Aufnahme des Produkts am Ende der Vermahlung mit der Sichtermühle CSM. Der Größenunterschied zwischen den Protein- und Stärkekörnern ist groß genug, um eine maximale Effizienz bei der Trennung nach dem Mahlen zu erreichen.
REM-Aufnahmen nach der Trennung von Stärke- und Proteinpartikeln mit dem Hochleistungsfeinstsichter CFS/HD-S:
Zusammenfassung
Die Trocken-Fraktionierung bietet somit Möglichkeiten, hochwertige Produkte mit einem hohen Proteinanteil wirtschaftlich und nachhaltig aufzubereiten. Zudem bietet der NETZSCH-Prozess den unschätzbaren Vorteil nur durch Veränderung der Prozessparameter flexibel auf veränderte Rohstoffeigenschaften einzugehen und auch unterschiedliche Feldfrüchte zu verarbeiten.