NACHERNTETECHNOLOGIE
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Andre Hein rich, Adolf Belter und Siegtried Firus, Dresden
Zerkleinerung von Kartoffeln zur Stärkegewinnung
Für die Gewinnung technischer Kartoffel
stärke während der Ernte wird eine leistungsfähige Zerkleinerungseinrich
tung für rohe Kartoffeln benötigt. Der mechanische Aufschluss soll soweit erfolgen, dass zunächst ein Optimum in der Abtrennung des Fruchtwassers er
reicht wird. Stichprobenartige Untersu
chungen ergaben, dass die in der Lebens
mittelherstel lung und in der Kartoffelstär
keindustrie verwendeten Zerkleinerer im ersten Fall nicht weit genug auflösen und im zweiten Fall die spezifische Leistungs
fähigkeit für den mobilen Prozess nicht ausreicht. Deshalb wurde eine zweistufi
ge Zerkleinerung mit Cracker und Mahl
walze getestet. Der erreichbare Zerklei
nerungsgrad ermöglicht eine Abschei
dung des Fruchtwassers durch eine universelle Schneckenzentrifuge mit Feststoffgehalten von mindestens 45 %.
D
as Ziel der Forschungs- und Entwicklungsa rbeiten zur Zerkleinerung von rohen Ka rtoffeln ist eine zweckmäßige, konti nuierlich a rbeitende Vorrichtung für den mobilen Einsatz einer Maschine zur Gewinnung eines Kartoffelstärke-FaserSubstrates.
Zunächst soll das Fruchtwasser freige
setzt werden, das 72 bis 75 % der Ka rtof
felmasse ausmacht, um es im Erntepro
zess wieder a uf dem Acker zu verteilen.
Die weitere technische Verwendung der Kartoffelstärke als B indemittel oder Polymer-Rohstoff für thermoplastische Materialien zu biologisch abba ubaren Werkstoffen erfordert auch d ie Freiset
zung des Stärkekorns.
Gegenüber der herkömmlichen Tech
nologie zur Stärkegewinnung soll auf die kostenintensive Trennung der Kartoffel
schalen und Gewebereste aus der Stärke verzichtet werden, da in die neueren Werkstoffe a uf Basis der Kartoffelstärke ohnehin Füllstoffe, etwa Zellstofffasern, i ntegriert werden .
Dipl. -/ng. Andre Heinrich, Dip/. -lng. Adolf Belter und Dr. -lng. Siegtried Firus sind wissenschaftliche Mitarbeiter am Institut für Verarbeitungsmaschinen, Landmaschinen und Verarbeitungstechnik der Technischen Universität Dresden, Lehrstuhl für Landma
schinen, Bergstraße 120, 01 069 Dresden,
e-mail .
Die Arbeiten wurden durch eine Sachbeihilfe der DFG gefördert.
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Technisch-physikalische Charakteristik der Kartoffel
Die Knollenform , züchterisch beeinfl usst, ist kugelförmig bis elli psoidförmig oder auch a usgesprochen lang. Kleine Kartof
fel n nähern sich meist der Kugelform . Die Teilemasse, d ie für die Verwertung und Verarbeitung i nteressant ist, beginnt bei 15 g und erreicht Werte bis 800 g, je nach Sorte und Ertragslage. Masseäqui
valente Kugeln haben dann Durchmesser von 30 bis 1 12 mm. Die Dichte des un
gestörten Kartoffelgewebes beträgt durchschn ittlich 1 ,09 g/cm3.
Der Elastizitätsmod u l für eine erntefri
sche Kartoffel wird mit 4,5 M Pa angege
ben. Die B ruch- (Druck-) festigkeit im un
mittelbaren Schalen bereich beträgt 0,46 M Pa (±10 %), wä hrend das Mark, das
Bild 1: Reibzylinder der Schleuderfräse Fig. 1. Cylinder of the spin-grater
Bild 2: Cracker- Walzen eines Feldhäcksters Fig. 2: Cracker-rollers of a forage harvester
Gewebe im Knolleni n nern, durchschnitt
lich nur 0,20 M Pa (±10 %) verträgt [ 1 ] . Zerkleinerung verwandter
Stoffe (Produkte)
Zerkleinert wird mit dem Ziel, eine kom
pakte Materialstruktur a ufzulösen, u m
• d i e entha ltenen versch iedenen Kompo
nenten trennen zu können , etwa das Erz aus dem Geste i n , Getreidestärke aus der Schale oder Kartoffelstärke aus dem Ka rtoffelgewebe, den Fruchtsaft aus dem Obstfruchtgewebe (Äpfel, Beeren, Wei ntraube n )
• d e n chem ischen oder fermentativen Aufschluss zu besch leunigen , etwa Holz-Zellstoff-Aufsch I uss, Verdaulich
keit von Futterpflanzen und Getrei
dekörnern und a uch
• die Manipul ierbarkeit in der Transport-, Umschlags- und Verarbeitungstechno
logie zu verbessern , etwa Hackfrucht
stücke zur Trocknu ng, Mais zur Ver
dichtung und Silierung ( Konservie
rung).
U nter diesem Gesichtpunkt ist deshalb der Entwicklungssta nd der Zerkleine
rungstechnik für Stoffe m it ähnl icher Mor
phologie oder für Technologien mit glei
cher Zielstellung von I nteresse.
Die Zerklei nerung von Äpfeln zur Most
gewin n u ng erfolgt mit vorwiegend schnei
denden Elementen mit dem Ziel, noch ei
nen wesentl ichen Anteil an faserigen Stücken zur Sicherung der Dränage-Wir
kung in der Saftpresse zu erhalten [4] . Die Zerkleinerung von Zuckerrüben hat ebenfalls zum Ziel, den feinstückigen Charakter zur Verbesserung des Press
vorganges zu erhalten, der Sch nitzler ist also mit einer Vielzahl kleiner Schneidele
mente a usgestattet.
Ähnlich wie für d ie Technologie des Saftabpressens wird d ie Zerkleinerung der Ölsaaten durch ein Grobmahlen für das folgende Pressen bestimmt.
Dagegen werden Getreidekörner für d ie Mehlherstellung in einem Maße aufge
löst, wie es a uch zur Gewin n ung der Stär
ke a us den Kartoffeln von Interesse ist.
I nsbesondere Walzen-Mahlvorrichtungen lösen die Kornstruktur in einer Weise auf, die auch fü r d ie Kartoffelzerkleinerung von I nteresse ist.
Zerkleinerungstechnik für rohe Kartoffeln
Die Zerklei nerung von rohen Kartoffel n erfolgt im Haushalt oder in der industriel
len Vorfertigung für die Bereitung von Kartoffel puffern oder zur Trocknung fü r ein speziel les Kloßmehl mit der Aufgabe, im Wesentlichen feine Gewebestückehen zu erzeugen und den Anteil freier Stärke
Körner zu begrenzen. H ierzu werden vor
wiegend Zylinder-Reiben eingesetzt, i n
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denen die geschälten Kartoffeln d u rch ro
tierende M itnehmer am feststehenden Reibzylinder vorbeigezogen und su kzes
sive zerrieben werden ( Bild 1 ) .
Wie die Analyse der Größenzusammen
setzung der Reibseiteilchen zeigt, ist eine a usreichende Stärkefreisetzung n icht ge
geben.
Die Kartoffelstärke-Ind ustrie verwendet fü r d ie Freisetzung der Stärke-Körner vor
zugsweise die sogenannten Sägeblatt
Reiben. Aus fertigungstechnischen und Versch leißgründen werden Sägeblätter, ähnlich denen aus der Meta l lverarbei
tung, parallel zur Mantellinie im umla u
fenden Zylinder angeord net. Die Kartof
fel n werden gegen die Reibfläche ge
drückt (d urch die gezielte Gestaltung der Zuführeinrichtung) und schichtweise das Kartoffelgewebe abgetragen. G röbere Stücke aus dem Rand bereich und End
bereich werden in einem Siebboden zu rückgehalten und nachzerkleinert.
Zerkleinerung durch Cracker- und Mahlwalzen
Ausgehend von der Prinzipanalyse wurde ein sogenannter Cracker, entwickelt für die Nachzerkleinerung im Silomais
Häcksler, für d ie Zerkleinerung der rohen Kartoffeln eingesetzt. Die Keilschei ben
farm ( Bild 2) sichert eine hohe spezifi
sche Durchsatzleistu ng und effektive Energieumsetzung zur Zerkleineru ng.
Es zeigte sich , dass dieser Zerkleine
rungsgrad für den Zweck der Rei bseient
wässerung auf der Maschine noch nicht ausreicht. Der Einfluss der Drehzahl ist dabei gering.
Den Crackerwalzen wurde deshalb eine Mahlwalze mit Rei bboden und Siebbo
den nachgeschaltet ( Bild 3). Die Ergeb
nisse mit verschiedenen Einste l l ungen zeigt Bild 4.
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Bild 3: Mahlwalze mit Reibboden und Siebboden: 1 -Mah/
walze, 2-Reibboden, 3-Steinsicherung, 4- Siebboden, 5-vorzer
k/einerte Kartoffeln, 6- zerkleinerte Kartoffeln Fig. 3: Milling roller in connection with grater and sieve bottom: 1 - mi//ing roller; 2-grater;
3-stone safety device, 4-sieving bottom, 5- pre-mashed potatoes, 6-mashed potatoes
Bei den Versuchen im Labor mit mittel
großen Kartoffeln war zu beobachten, dass diese unmittelbar zerdrückt und d urch d ie Crackerwalzenpaa rung h in
d u rchgingen.
Bei großen und erntefrischen Kartoffeln wurde ein verzögertes Zerkleinern dahin
gehend festgestellt, dass zu Beginn ein Reiben eintritt und erst bei Erreichen ei
ner passenden Größe ein Brechen und Einziehen eintritt. Dieser Reibeeffekt macht sich in einem höheren Feinanteil im Reibsei bemerkbar, im Vergleich zu den sonst unter gleichen Bedi ngungen, a ber mit einem Messer vorzerkleinerten Kartoffel n (nicht dargestellt) [5] .
Schlussfolgerungen
Die Reibsei a us den Versuchen m it Cracker, ei nschließlich Mahlwalze mit
120
100
Reib- u nd Siebboden, ließen sich i m La
bor-Dekanter bis auf einen Feststoffgehalt von 45 % entwässern, ohne U nterschied zu dem Material aus der Sägeblattreibe.
Eine Optimierung des Zerkleinerungs
grades unter dem Gesichtspunkt der Frei
setzung u n d mechanischen Abtrenn u ng des Fruchtwassers erford e rt noch weitere Arbeiten einschließl ich d e r Variation der Mahlwalzen-Kombination m it Reib- und Siebboden.
Die Verarbeitung der Stärke erfolgt hauptsächlich in trockenem Zusta nd, nach der mecha nischen Entwässerung auf der Maschine wird also eine stationä
re Trocknung erforderlich . Werden im Rahmen d ieser Trocknung Wassergehal
te (Feuchtigkeitswerte) u nter 12% er
reicht, ist dann ein weiterer Aufschluss zur Freisetzung der noch teilweise im Ge
webe eingeschlossenen Stärke d u rch Vermahlung auf Walzen- oder Prall
mühlen möglich. Der G rad des Auf
schlusses kan n an die Verwendungsform angepasst werden.
Literaturhinweise sind vom Verlag unter LT 98 506 erhältlich.
Schlüsselwörter
Ka rtoffelstärke, Ernte von Kartoffelstärke
Faser-Gemisch, Ka rtoffelzerklei nerung, Fest-fl üssig-Trennung von Kartoffel rei bsei
Keywords
Potato starch , harvest of potato starch-tis
sue-mixture, potato rasping, Solid-fluid
separation of potato-pulp
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0
0 2 4 6
--.-. V1Cr+Reibe(2000;393)
-+-V2Cr+Reibe(1 362;633,5) -+- V3Cr+Reibe+Siebb.!216(1 362;633,5) -x- VCr.n =1 998[1/min]
a 10 12
Teilchengröße[mm]
size of partie/es
I I
14 16
I
18 20
Bild 4 : Teilchengrößen bei unterschiedlicher Konfiguration: Cr + Reibe: -Cracker mit Reibe; V1 und V2: Unterschiedliche Drehzahlkombination; V3 Cr + Reibe + Siebb.: Cracker; Reibe und Siebboden, Lochdurchmesser 6 mm, Cracker-; Walzendrehzahlen in Klammern; V CR: Cracker allein
Fig. 4: Partiefe sizes at different configurations: Cr + Reibe: cracker with grater; V1 and V2:
different combinations of rotations; V3: Cr + Reibe + Siebb.: cracker with grater and sieve bottom, hole diameter 6 mm; cracker and roller rotations in parenthesis; V Cr: cracker only
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