PL242392B1

PL242392B1 - A method of drying and grinding spent grains

Info

Publication number: PL242392B1
Application number: PL430449A
Authority: PL
Inventors: Aleksander Hejna; Krzysztof Formela
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2019-06-30
Filing date: 2019-06-30
Publication date: 2023-02-20
Also published as: PL430449A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób suszenia i rozdrabniania młóta browarnianego, w którym proces prowadzi się w wytłaczarce dwuślimakowej korzystnie współbieżnej w temperaturze poszczególnych stref grzewczych cylindra wytłaczarki wynoszącej od 20 do 300°C, korzystnie od 60 do 180°C. Otrzymany produkt znajduje zastosowanie w przemyśle spożywczym i jako napełniacz przy produkcji biokompozytów.The subject of the application is a method of drying and grinding spent grains, in which the process is carried out in a preferably co-rotating twin-screw extruder at the temperature of individual heating zones of the extruder cylinder ranging from 20 to 300°C, preferably from 60 to 180°C. The obtained product is used in the food industry and as a filler in the production of biocomposites.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób suszenia i rozdrabniania młóta browarnianego mający zastosowanie w przemyśle spożywczym, a także w produkcji napełniaczy do wytwarzania biokompozytów.The subject of the invention is a method of drying and grinding spent grains applicable in the food industry, as well as in the production of fillers for the production of biocomposites.

Młóto browarniane stanowi główny produkt uboczny przemysłu browarniczego, powstający w procesie zacierania słodu. Odpad ten, w przeciwieństwie do wielu innych odpadów przeróbki materiałów zbożowych, jest generowany przez cały rok w bardzo dużych ilościach. Młóto browarniane stanowi około 85% wszystkich odpadów generowanych podczas produkcji piwa i według danych literaturowych suche młóto stanowi około 31% początkowej wagi użytych słodów - S. I. Mussatto, G. Dragone, I. C. Roberto, Journal of Cereal Science (2006), 43, 1-14. Zakładając, że na każde 100 litrów wyprodukowanego piwa zużywa się 20 kilogramów słodów (wartość dla najpopularniejszego gatunku piwa - jasnego lagera, dla wysokoekstraktywnych stoutów przekracza 45 kilogramów), 6,2 kilograma suchego młóta browarnianego powstaje przy produkcji każdego hektolitra piwa. Według raportu The Brewers of Europe Beer Statistics Report z roku 2018 w Europie produkuje się ponad 41 miliardów litrów piwa rocznie, co generuje 2,5 miliona ton młóta browarnianego. Zaletą młóta browarnianego jest jego niska cena, co zwiększa atrakcyjność dla potencjalnych zastosowań w przemyśle. Problemu nie stanowi też zanieczyszczenie młóta, ponieważ produkcja piwa wymaga bardzo dużej czystości, gdyż brzeczka piwna jest podatna na utlenianie i infekcje. Przed producentami piwa stawiane są wysokie wymagania związane z czystością produkcji, co pozytywnie wpływa też na czystość generowanego młóta browarnianego.Spent grain is the main by-product of the brewing industry, resulting from the mashing of malt. This waste, unlike many other processing wastes of grain materials, is generated throughout the year in very large quantities. Spent grain accounts for about 85% of all waste generated during beer production and, according to literature data, dry spent grain accounts for about 31% of the initial weight of the malts used - S. I. Mussatto, G. Dragone, I. C. Roberto, Journal of Cereal Science (2006), 43, 1-14 . Assuming that for every 100 liters of produced beer, 20 kilograms of malt is used (the value for the most popular type of beer - light lager, for highly extractive stouts exceeds 45 kilograms), 6.2 kilograms of dry spent grain is produced in the production of each hectolitre of beer. According to The Brewers of Europe Beer Statistics Report from 2018, over 41 billion liters of beer are produced in Europe annually, which generates 2.5 million tonnes of spent grain. The advantage of spent grain is its low price, which makes it more attractive for potential industrial applications. Contamination of spent grains is also not a problem, because the production of beer requires a very high degree of purity, as the beer wort is susceptible to oxidation and infection. Beer producers are faced with high requirements related to the purity of production, which also positively affects the purity of the generated spent grain.

Młóto browarniane składa się głównie z włókien, takich jak celuloza i hemiceluloza oraz z ligniny. Pod względem kompozycji jest podobne do mączki drzewnej, otrębów oraz różnych włókien naturalnych, które wykorzystywane były do produkcji kompozytów WPC (ang. wood-plastic composite). W literaturze znaleźć można kilka doniesień dotyczących wykorzystania młóta do produkcji biokompozytów polimerowych, między innymi: A. Hejna, K. Formela, M. R. Saeb, Industrial Crops and Products (2015), 76, 725-733; M. Cunha, M. A. Berthet, R. Pereira, J. A. Covas, A. A. Vicente, L. Hilliou, Polymer Composites (2015), 36, 1859-1865. Jak wspomniano powyżej, europejska produkcja piwa szacowana jest na 41 miliardów litrów rocznie, co generuje 2,5 miliona ton młóta browarnianego. W Polsce rocznie produkuje się około 4 miliardy litrów piwa, co generuje co roku 250 tysięcy ton młóta browarnianego. Według raportu Market Research Store dotyczącego rynku kompozytów WPC, światowa produkcja kompozytów WPC w 2015 roku wyniosła niemal 3,5 miliona ton, co przy średniej zawartości napełniacza wynoszącej 50% mas., daje 1,75 miliona ton użytych napełniaczy. Dane te pokazują, że wykorzystanie młóta browarnianego, generowanego jedynie w Polsce, do produkcji kompozytów WPC stanowiłoby znaczny wkład w tę gałąź przemysłu.Spent grains consist mainly of fibers such as cellulose and hemicellulose and lignin. In terms of composition, it is similar to wood flour, bran and various natural fibers that were used to produce WPC (wood-plastic composite). There are several reports in the literature on the use of spent grain for the production of polymer biocomposites, including: A. Hejna, K. Formela, M. R. Saeb, Industrial Crops and Products (2015), 76, 725-733; M. Cunha, M. A. Berthet, R. Pereira, J. A. Covas, A. A. Vicente, L. Hilliou, Polymer Composites (2015), 36, 1859-1865. As mentioned above, European beer production is estimated at 41 billion liters per year, which generates 2.5 million tonnes of spent grains. In Poland, approximately 4 billion liters of beer are produced annually, which generates 250,000 tonnes of spent grain every year. According to the Market Research Store report on the WPC composites market, the global production of WPC composites in 2015 amounted to almost 3.5 million tons, which, with an average filler content of 50% by mass, gives 1.75 million tons of used fillers. These data show that the use of spent grain, generated only in Poland, for the production of WPC composites would be a significant contribution to this branch of industry.

W swojej pracy Liu i inni (R. Liu, Y. Peng, J. Cao, Y. Chen, Composites Science and Technology (2014), 103, 1-7) wskazują, że źródło napełniacza lignocelulozowego ma znaczący wpływ na właściwości kompozytów WPC. Znaczące różnice w strukturze chemicznej oraz polarności komponentów powodują osłabienie oddziaływań międzyfazowych. Jedną z metod zwiększenia intensywności tych oddziaływań jest odpowiednie rozdrobnienie napełniacza, co pozwala na zwiększenie jego powierzchni właściwej. Jest to kluczowe dla osiągnięcia zadowalających właściwości mechanicznych kompozytów.In their work, Liu et al. (R. Liu, Y. Peng, J. Cao, Y. Chen, Composites Science and Technology (2014), 103, 1-7) indicate that the source of lignocellulosic filler has a significant impact on the properties of WPC composites . Significant differences in the chemical structure and polarity of the components weaken the interfacial interactions. One of the methods of increasing the intensity of these interactions is the appropriate fragmentation of the filler, which allows to increase its specific surface. This is crucial for achieving satisfactory mechanical properties of composites.

Obecnie głównym zastosowaniem młóta browarnianego jest żywienie zwierząt. Jako pasza młóto może być wykorzystywane w nieprzetworzonej formie lub uprzednio wysuszone. Według danych literaturowych, młóto browarniane jest bardzo pożywną paszą, zawierającą dużo białka i energii, co powoduje zwiększoną produkcję mleka u krów karmionych paszą zawierającą młóto browarniane - N. G. Belibasakis, D. Tsirgogianni, Animal Feed Science and Technology (1996) 57, 175-181. Spożycie młóta browarnianego było również badane dla innych zwierząt takich jak ryby, świnie czy kurczaki. We wszystkich przypadkach wprowadzenie młóta do diety wpłynęło pozytywnie na żywienie zwierząt.Currently, the main use of spent grains is animal nutrition. Spent grain can be used as fodder unprocessed or previously dried. According to the literature, spent grain is a very nutritious feed, containing a lot of protein and energy, which results in increased milk production in cows fed grain feed - N. G. Belibasakis, D. Tsirgogianni, Animal Feed Science and Technology (1996) 57, 175-181 . Spent grain consumption has also been studied in other animals such as fish, pigs and chickens. In all cases, the introduction of spent grain to the diet had a positive effect on animal nutrition.

Podejmowano również próby wprowadzenia młóta browarnianego do żywienia ludzi, co jest stosunkowo popularnym zabiegiem wśród piwowarów domowych, którzy zużywają wyprodukowane młóto do przygotowywania chleba, ciastek lub różnego rodzaju przekąsek. Jak wspomniano wyżej, młóto browarniane ma wysoką zawartość białka, przekraczającą nawet 20% mas. suchej masy. Przedmiotem badań było wprowadzanie mąki otrzymanej z młóta browarnianego do różnego rodzaju produktów piekarniczych, jednak jej kolor ogranicza jej zastosowanie w jasnych wyrobach - A. Ktenioudaki, V. Chaurin, S. F. Reis, E. Gallagher, International Journal of Food Science and Technology (2012) 47, 1765-1771. Zastąpienie jedynie 10% mas. tradycyjnej mąki mąką z młóta pozwala na podwyższenie zawartości białka w otrzymywanym chlebie nawet o 50% oraz zmniejszenie kaloryczności, ponieważ większość cukrów zawartych w słodach jest wypłukiwana w procesie zacierania. Młóto browarniane jest bardzo tanim źródłem różnych wartości odżywczych, co powoduje, że ma ono duży potencjał w żywieniu ludzi. Podobne efekty obserwowano w przypadku wykorzystania w żywieniu ludzi młóta gorzelnianego - D. J. Wampler, W. A. Gould, Journal of Food Science (1984) 49, 1321-1322.Attempts have also been made to introduce spent grains into human nutrition, which is a relatively popular practice among home brewers, who use the produced spent grains to prepare bread, cookies or various types of snacks. As mentioned above, brewer's spent grain has a high protein content, exceeding even 20% by weight. dry weight. The subject of the research was the introduction of flour obtained from brewer's grain to various types of bakery products, but its color limits its use in light-colored products - A. Ktenioudaki, V. Chaurin, S. F. Reis, E. Gallagher, International Journal of Food Science and Technology (2012) 47, 1765-1771. Only 10 wt.% replacement. By combining traditional flour with spent grain flour, it is possible to increase the protein content in the obtained bread by up to 50% and reduce the calorific value, because most of the sugars contained in the malts are washed out in the mashing process. Spent grain is a very cheap source of various nutritional values, which means that it has great potential in human nutrition. Similar effects have been observed with the use of spent grains in human nutrition - D. J. Wampler, W. A. Gould, Journal of Food Science (1984) 49, 1321-1322.

Aby młóto browarniane było wykorzystane w najbardziej efektywny sposób, zarówno w produkcji żywności, jak i w wytwarzaniu kompozytów WPC, konieczne jest jego odpowiednie rozdrobnienie. Z punktu widzenia przemysłu spożywczego jest to bardzo zasadne, ponieważ ułatwiłoby to wprowadzanie młóta do różnego rodzaju produktów spożywczych. W przypadku produkcji kompozytów, jak wspomniano powyżej, jest to kluczowe dla zapewnienia odpowiednich właściwości mechanicznych materiału.In order for spent grains to be used in the most effective way, both in food production and in the production of WPC composites, it is necessary to properly grind it. From the point of view of the food industry, this is very reasonable, because it would facilitate the introduction of spent grain into various types of food products. In the case of the production of composites, as mentioned above, this is crucial to ensure the proper mechanical properties of the material.

Dotychczas opublikowano niewiele doniesień związanych z rozdrabnianiem młóta browarnianego. Wiedza w tym temacie opierać się może na doniesieniach związanych z rozdrabnianiem otrębów różnych zbóż, z uwagi na pewne podobieństwa w strukturze tych materiałów. W praktyce przemysłowej w celu rozdrobnienia tego typu materiałów stosowane są metody periodyczne, które są często dość kosztowne i wymagają dodatkowych operacji jednostkowych.To date, few reports have been published related to the grinding of spent grains. Knowledge on this topic may be based on reports related to the grinding of bran of various cereals, due to some similarities in the structure of these materials. In industrial practice, periodic methods are used to fragment such materials, which are often quite expensive and require additional unit operations.

Wadami tych metod są również ograniczona wydajność, związana między innymi z rozmiarami stosowanych urządzeń, oraz problemy z powtarzalnością dotyczącą struktury i właściwości poszczególnych partii materiału.The disadvantages of these methods are also limited efficiency, related, among others, to the size of the devices used, and problems with repeatability regarding the structure and properties of individual batches of material.

Przykładem może być zgłoszenie patentowe US 4377601 A opisujące metodę mielenia młóta browarnianego z wykorzystaniem walcarki. W metodzie stosowano walcarkę z firmy Ross Machine and Mill Supply (USA). W celu zwiększenia efektywności mielenia młóta browarnianego zastosowano stosunek prędkości obrotowej walców (frykcję) od 2,5 : 1 do 4 : 1, korzystnie 3,5 : 1, oraz bardzo wąską szczelinę pomiędzy walcami. Następnie w celu oddzielenia łuski przemiał przesiewano przez sito o wielkości oczek 500 mikronów. W wyniku oddzielenia łuski zwiększono zawartość białka w młócie browarnianym z 25,6% do 34,7%.An example may be patent application US 4377601 A describing a method of grinding spent grains using a rolling mill. The method used a rolling mill from Ross Machine and Mill Supply (USA). In order to increase the efficiency of grinding spent grains, the ratio of rotational speed of the rollers (friction) from 2.5:1 to 4:1, preferably 3.5:1, and a very narrow gap between the rollers were used. Then, in order to separate the husk, the milling was sieved through a sieve with a mesh size of 500 microns. As a result of the separation of the husk, the protein content in the spent grains was increased from 25.6% to 34.7%.

W zgłoszeniu patentowym EP 0581741 A2 przedstawiono metodę rozdrabniania młóta browarnianego metodami o charakterze periodycznym. Opisano w nim metodę składającą się z dwóch etapów: wysuszenia mokrego młóta browarnianego, tak aby zawierało poniżej 10% mas. wilgoci, zanim pojawią się w młócie niekorzystne produkty jego utleniania; oraz zmniejszenia rozmiaru cząstek młóta browarnianego. Suszenie młóta zgodnie z opisaną metodą składa się z mechanicznego zmniejszenia zawartości wody, poprzez odwirowanie lub korzystnie odciśnięcie, oraz dalszego suszenia z wykorzystaniem suszarek bębnowych, próżniowych, suszarek ze złożem fluidalnym, lub innych. Druga część suszenia powinna rozpocząć się w przeciągu 4 godzin, korzystnie w przeciągu 2 godzin, od pobrania młóta w celu uniknięcia niekorzystnych procesów jego utleniania. Wilgotność produktów suszenia powinna wynosić poniżej 8% mas., korzystnie poniżej 6% mas. Do rozdrabniania produktów suszenia stosuje się komercyjnie dostępne urządzenia. Zadowalające właściwości materiału otrzymuje się przy zastosowaniu młynów o prędkości obrotowej około 10.000 obrotów na minutę. Stosowane urządzenia powinny zapewnić rozmiar cząstek przemiału poniżej 355 mikronów, korzystnie 200 mikronów.Patent application EP 0581741 A2 presents a method of grinding spent grains using batch methods. It describes a method consisting of two steps: drying the wet spent grains so that they contain less than 10 wt. moisture before unfavorable products of its oxidation appear in the spent grain; and reducing the particle size of the spent grains. Spent grain drying according to the described method consists of mechanical reduction of the water content, by centrifugation or, preferably, pressing, and further drying using drum dryers, vacuum dryers, fluid bed dryers or others. The second part of drying should start within 4 hours, preferably within 2 hours, from the collection of spent grain in order to avoid unfavorable processes of its oxidation. The moisture content of the drying products should be below 8% by weight, preferably below 6% by weight. Commercially available devices are used for grinding the drying products. Satisfactory material properties are obtained using mills with a rotational speed of about 10,000 rpm. The equipment used should ensure a regrind particle size of less than 355 microns, preferably 200 microns.

Korzystne jest więc wykorzystanie w tym celu procesu o charakterze ciągłym, takiego jak wytłaczanie. Proces ten pozwala na dokładne dostosowanie warunków poprzez regulację temperatury na poszczególnych strefach cylindra, regulację wydajności, czasu przebywania materiału w cyl indrze oraz zmianę konfiguracji ślimaków.It is therefore preferred to use a continuous process such as extrusion for this purpose. This process allows for precise adjustment of conditions by adjusting the temperature in individual zones of the cylinder, adjusting the capacity, residence time of the material in the cylinder and changing the configuration of the screws.

Wykorzystanie procesu wytłaczania podczas przetwórstwa młóta browarnianego, otrębów różnych zbóż lub podobnych materiałów jest znane, jednak ogranicza się jedynie do formowania gotowego produktu w odpowiedni kształt lub produkcji peletu, często z wykorzystaniem dodatkowych środków pomocniczych. Przykładami mogą być poniżej przywołane patenty.The use of the extrusion process in the processing of spent grains, bran of various cereals or similar materials is known, but is limited only to forming the finished product into a suitable shape or producing pellets, often with the use of additional auxiliary means. Examples include the patents cited below.

W zgłoszeniu patentowym US 4756921 A przedstawiono sposób wytłaczania otrębów z wykorzystaniem wytłaczarki dwuślimakowej. Celem tego procesu było jednak nie rozdrobnienie otrębów, a otrzymanie produktu spożywczego. Proces polegał na wytłaczaniu uprzednio przygotowanej i poddanej obróbce termicznej mieszaniny otrębów zbożowych z syropem, złożonym z wody, cukru, soli i soków owocowych, w temperaturze od 65 do 205°C. W procesie mogą być wykorzystane różne wytłaczarki dwuślimakowe, autorzy jako przykłady podają następujące urządzenia: Baker Perkins MPF-50D, WENGER TX, Werner Pfleiderer's, Baker Perkins MPF80 oraz MPF80-L. Prędkość obrotowa ślimaków powinna wynosić 400 obr/min, a wydajność procesu wynosi od 3,7 do 3,9 kg/min. Produkt końcowy procesu charakteryzuje się gęstością od 240 do 248 kg/m³.Patent application US 4,756,921 A describes a method for extruding bran using a twin-screw extruder. The purpose of this process, however, was not to grind the bran, but to obtain a food product. The process consisted in extruding a previously prepared and heat-treated mixture of cereal bran with syrup, composed of water, sugar, salt and fruit juices, at a temperature of 65 to 205°C. Various twin-screw extruders can be used in the process, the authors citing the following as examples: Baker Perkins MPF-50D, WENGER TX, Werner Pfleiderer's, Baker Perkins MPF80 and MPF80-L. The rotational speed of the screws should be 400 rpm, and the process efficiency is from 3.7 to 3.9 kg/min. The final product of the process has a density of 240 to 248 kg/m ³ .

W zgłoszeniu patentowym US 4837112 A przedstawiono sposób wytłaczania otrębów z dodatkiem syropu cukrowego. Proces przebiegał z wykorzystaniem wytłaczarki dwuślimakowej. Podobnie jak w przypadku zgłoszenia patentowego US 4756921 A celem procesu było przygotowanie produktu spożywczego. Materiał stanowiący wsad do wytłaczarki składał się z wody (od 25 do 35% mas.), otrębów (od 30 do 70% mas.), cukru (od 10 do 30% mas.) oraz dodatków smakowych (do 10% mas.). Temperatura procesu wytłaczania nie powinna przekraczać 132°C. W przypadku wytłaczania w temperaturze 84°C, otrzymany produkt charakteryzował się wilgotnością na poziomie 28,1%. Następnie produkt wytłaczania został suszony do zawartości wilgoci 2,5% i charakteryzował się zawartością błonnika wynoszącą około 36% i gęstością wynoszącą 250 kg/m³.Patent application US 4837112 A describes a method of extruding bran with the addition of sugar syrup. The process was carried out using a twin-screw extruder. Similar to US patent application 4756921 A, the purpose of the process was to prepare a food product. The material constituting the charge to the extruder consisted of water (from 25 to 35% by mass), bran (from 30 to 70% by mass), sugar (from 10 to 30% by mass) and flavor additives (up to 10% by mass). . The temperature of the extrusion process should not exceed 132°C. When extruded at 84°C, the resulting product had a moisture content of 28.1%. The extrudate was then dried to a moisture content of 2.5% and had a fiber content of about 36% and a density of 250 kg/ ^m3 .

W zgłoszeniu patentowym US 4500558 A opisano metodę modyfikacji otrębów mającą na celu ułatwienie ich dalszego rozdrabniania. W opisanym procesie w roli modyfikatora stosowano wodę, w ilości 1 części wagowej na 5,5-10 części wagowych otrębów. Modyfikację przeprowadzano z wykorzystaniem przeciwbieżnej wytłaczarki dwuślimakowej, w temperaturze od 150 do 180°C.Patent application US 4500558 A describes a method of modifying bran to facilitate its further grinding. In the described process, water was used as a modifier in the amount of 1 part by weight for 5.5-10 parts by weight of bran. The modification was carried out using a counter rotating twin screw extruder at a temperature of 150 to 180°C.

W opisie patentowym US 7695747 B2 opisano metodę produkcji peletu z młóta gorzelnianego z wykorzystaniem wytłaczarki, który następnie poddawano suszeniu poprzez działanie promieniowania mikrofalowego. Surowcem wejściowym w metodzie jest młóto gorzelniane lub młóto gorzelniane z dodatkami, takimi jak na przykład enzymy. Wilgotność młóta powinna wynosić od 65 do 68% mas. W procesie wykorzystuje się wytłaczarkę dwuślimakową, autorzy jako przykłady podają następujące urządzenia: Leistritz MICRO 27/GL 40D, Leistritz ZSE-27. Temperatura w wytłaczarce powinna wynosić 60°C, a wilgotność peletu pomiędzy 35 a 40% mas. Autorzy podają przykładowe parametry wytłaczania: wydajność - 11,3 kg/h, prędkość obrotowa ślimaków - 150 obrotów na minutę. Następnie pelet jest suszony z wykorzystaniem promieniowania mikrofalowego. Promieniowanie wykorzystano poprzez użycie kuchenki mikrofalowej (Sharp R-308NR, moc maksymalna - 1100 W, 2 minuty suszenia). Suszenie promieniowaniem mikrofalowym przeprowadza się do momentu osiągnięcia wilgotności peletu od 3 do 40% mas. Pelet otrzymany zgodnie z opisaną metodą charakteryzuje się gęstością od 0,83 do 1,0 g/cm³, zawartością białka od 29 do 31% mas., zawartością skrobi od 4,4 do 5,6% mas., zawartością tłuszczu od 11,4 do 13,0% mas., zawartością popiołu od 3,7 do 4,7 % mas.US 7,695,747 B2 describes a method of producing spent grain pellets using an extruder, which is then dried by microwave radiation. The input raw material in the method is distillers grains or distillers grains with additives, such as enzymes, for example. Spent grain moisture should be between 65 and 68% by mass. The process uses a twin-screw extruder, the authors give the following devices as examples: Leistritz MICRO 27/GL 40D, Leistritz ZSE-27. The temperature in the extruder should be 60°C, and the pellet moisture should be between 35 and 40 wt%. The authors provide exemplary extrusion parameters: capacity - 11.3 kg/h, rotational speed of the screws - 150 revolutions per minute. The pellets are then dried using microwave radiation. Radiation was used by using a microwave oven (Sharp R-308NR, maximum power - 1100 W, 2 minutes of drying). Drying with microwave radiation is carried out until the pellet moisture content ranges from 3 to 40% by mass. The pellet obtained in accordance with the described method has a density of 0.83 to 1.0 g/cm ³ , protein content of 29 to 31% by mass, starch content of 4.4 to 5.6% by mass, fat content of 11 .4 to 13.0% by mass, ash content from 3.7 to 4.7% by mass.

W patencie EP 2457714 B opisano metodę produkcji włókien mających służyć jako stabilizator mieszanki asfaltowej z wykorzystaniem między innymi wytłaczarek. Surowcem wejściowym w procesie mogą być różne źródła włókien naturalnych, w tym młóto browarniane. Opisany proces składa się z dwóch głównych etapów: wstępnego rozdrabniania materiału oraz rozdrabniania właściwego. Wilgotność materiału wejściowego do rozdrabniania właściwego powinna wynosić od 30 do 75%, a temperatura podczas rozdrabniania właściwego powinna wynosić od 100 do 150°C. Włókna otrzymane zgodnie z metodą charakteryzują się stosunkiem długości do szerokości mniejszym niż 25, korzystnie mniejszym niż 10. W niektórych przypadkach wprowadzone mogą być kolejne etapy: mielenie na młynie dyskowym, suszenie materiału czy formowanie peletu.Patent EP 2457714 B describes a method for the production of fibers to be used as a stabilizer of an asphalt mix using, inter alia, extruders. Various sources of natural fibers, including spent grains, can be used as input to the process. The described process consists of two main stages: initial grinding of the material and proper grinding. The moisture content of the input material for grinding should be between 30 and 75%, and the temperature during grinding should be between 100 and 150°C. The fibers obtained according to the method have a length-to-width ratio of less than 25, preferably less than 10. In some cases, further steps may be introduced: grinding on a disk mill, drying of the material or forming a pellet.

Brak jednak doniesień wskazujących na wykorzystanie procesu wytłaczania do suszenia, a następnie rozdrabniania młóta browarnianego czy otrębów różnych zbóż.However, there are no reports indicating the use of the extrusion process for drying and then grinding spent grains or bran of various cereals.

Przedmiotem wynalazku jest sposób suszenia, a następnie rozdrabniania młóta browarnianego przy użyciu wytłaczarki dwuślimakowej.The subject of the invention is a method for drying and then comminuting spent grains using a twin-screw extruder.

Prowadzenie procesu suszenia, a następnie rozdrabniania młóta browarnianego z wykorzystaniem wytłaczarki pozwala na dużą dowolność w sterowaniu właściwościami wyrobu między innymi poprzez regulację temperatury na poszczególnych strefach cylindra, regulację wydajności, czasu przebywania materiału w cylindrze oraz zmianę konfiguracji ślimaków.Conducting the process of drying and then grinding the brewing spent grain with the use of an extruder allows for great freedom in controlling the product properties, among others by adjusting the temperature in individual zones of the cylinder, adjusting the capacity, time of material residence in the cylinder and changing the configuration of the screws.

Dla wytwarzania produktów spożywczych zgodnie z przedstawianym sposobem istotna jest stosunkowo niska zawartość skrobi i wolnych cukrów w młócie browarnianym, która wynika ze specyfiki procesu zacierania słodu podczas produkcji piwa.For the production of food products in accordance with the presented method, the relatively low content of starch and free sugars in the spent grain is important, which results from the specificity of the malt mashing process during beer production.

Jednym z parametrów końcowych wyrobu jest jego kolor, który wynika z intensywności zachodzących reakcji karmelizacji oraz reakcji Maillarda. Reakcje te należą do reakcji typu brązowienia nieenzymatycznego i związane są z obecnością skrobi i wolnych cukrów w rozdrabnianym surowcu, a także z oddziaływaniem temperatury oraz sił ścinających działających na materiał podczas wytłaczania.One of the final parameters of the product is its color, which results from the intensity of caramelization and Maillard reactions. These reactions belong to non-enzymatic browning reactions and are related to the presence of starch and free sugars in the crushed raw material, as well as the effect of temperature and shear forces acting on the material during extrusion.

Skrobia jest znakomitym źródłem wolnych cukrów, które powstają podczas jej hydrolizy. Te właśnie wolne cukry są jednymi z substratów w reakcjach Maillarda, zachodzących pomiędzy grupami karbonylowymi cukrów, a grupami aminowymi białek. W następstwie zachodzących podczas procesu rozdrabniania reakcji Maillarda obserwuje się zmianę koloru wyrobów z młóta browarnianego, oraz zmniejszenie dostępności aminokwasów i obniżenie wartości odżywczej wyrobów z młóta browarnianego. Tak więc odpowiednio dobierając surowiec oraz warunki procesu można sterować kolorem wyrobu końcowego, co stanowi bardzo istotną zaletę z punktu widzenia dalszego zastosowania.Starch is an excellent source of free sugars that are formed during its hydrolysis. These free sugars are one of the substrates in the Maillard reactions between the carbonyl groups of sugars and the amino groups of proteins. As a result of the Maillard reactions occurring during the grinding process, a change in the color of spent grain products is observed, as well as a decrease in the availability of amino acids and a decrease in the nutritional value of spent grain products. Thus, by properly selecting the raw material and process conditions, the color of the final product can be controlled, which is a very important advantage from the point of view of further use.

PL 242392 Β1PL 242392 B1

Sposób suszenia i rozdrabniania młota browarnianego charakteryzuje się według wynalazku tym, że proces prowadzi się w wytłaczarce dwuślimakowej korzystnie współbieżnej w temperaturze poszczególnych stref grzewczych cylindra wytłaczarki wynoszącej od 60 do 180°C, z prędkością obrotową od 100 do 300 obr/min i wydajnością od 1 do 3 kg/h.The method of drying and grinding the brewing hammer is characterized according to the invention in that the process is carried out in a preferably co-rotating twin-screw extruder at a temperature of individual heating zones of the extruder cylinder ranging from 60 to 180°C, with a rotational speed from 100 to 300 rpm and a capacity of 1 up to 3 kg/h.

Pozostałe parametry, tj. wydajność, szybkość obrotowa ślimaków, konstrukcja układu uplastyczniającego oraz czas przebywania materiału w wytłaczarce, zależne są od parametrów technicznych danego urządzenia, w związku z czym parametry te optymalizowane są doświadczalnie pod kątem otrzymania produktu o pożądanych właściwościach.Other parameters, i.e. efficiency, rotational speed of the screws, design of the plasticizing system and residence time of the material in the extruder, depend on the technical parameters of the device, therefore these parameters are experimentally optimized in order to obtain a product with the desired properties.

Sposób suszenia i rozdrabniania młota browarnianego, według prezentowanego wynalazku, prowadzony jest przy użyciu wytłaczarek dwuślimakowych, powszechnie stosowanych w przemyśle tworzyw sztucznych.The method of drying and grinding the brewing hammer, according to the present invention, is carried out using twin-screw extruders, commonly used in the plastics industry.

Rozdrobnione młóto browarniane, otrzymane sposobem według wynalazku, w zależności od dobranych parametrów procesu ma postać miału, pyłu lub granulatu. Różnorodna forma otrzymanych produktów rozdrabniania zwiększa możliwości ich zastosowania w różnych gałęziach przemysłu.Crushed brewing grains obtained by the method according to the invention, depending on the selected process parameters, are in the form of fines, dust or granules. The diverse form of the obtained grinding products increases the possibilities of their use in various industries.

Wynalazek jest bliżej objaśniony w przykładach wykonania.The invention is explained in more detail in the example embodiments.

Przykład IExample I

Wysuszone uprzednio młóto browarniane powstałe podczas produkcji piwa w stylu Biere de Gardę, na bazie następującego wsadu: słód pilzneński - 40,5% mas.; słód wiedeński - 32,4% mas.; słód Bohemian Pilsner - 16,2% mas.; słód Carabelge - 6,5% mas.; słód Special B - 3,2% mas.; słód Cara Crystal - 1,2% mas.; poddano termo-mechanicznej obróbce we współbieżnej wytłaczarce dwuślimakowej Zamak EHP 2x20 Sline. Temperatura wszystkich stref cylindra wynosiła 120°C, szybkość obrotowa ślimaków 100 obrotów na minutę, a wydajność procesu 1,8 kg/h. Otrzymano produkt o gęstości nasypowej 395 kg/m³ oraz zawartości poszczególnych mikro- i makroelementów, wyznaczonej z zastosowaniem techniki fluorescencji rentgenowskiej, przedstawionej w tabeli 1.Previously dried spent grains from the production of beer in the style of Biere de Garda, based on the following charge: Pilsner malt - 40.5% by weight; Vienna malt - 32.4% by weight; Bohemian Pilsner malt - 16.2% w/w; Carabelge malt - 6.5% by weight; Special B malt - 3.2% by weight; Cara Crystal malt - 1.2% by weight; were subjected to thermo-mechanical processing in a Zamak EHP 2x20 Sline co-rotating twin-screw extruder. The temperature of all zones of the cylinder was 120°C, the rotational speed of the screws was 100 rpm, and the process efficiency was 1.8 kg/h. The obtained product had a bulk density of 395 kg/m ³ and the content of individual micro- and macroelements, determined using the X-ray fluorescence technique, presented in Table 1.

Tabela 1. Zawartość mikro- i makroelementów w rozdrobnionym młócie browarnianymTable 1. The content of micro- and macroelements in ground spent grains

Składnik Component Zawartość Contents P P 0,47 % 0.47% Si si 0,35 % 0.35% K k 0,23 % 0.23% Ca approx 0,22 % 0.22% Mg Mg 0,21 % 0.21% S S 0,19% 0.19% Cl cl 0,04 % 0.04% Fe Fe 0,01 % 0.01% Zn Zn 70 PPM 70ppm

Przykład IIExample II

Wysuszone uprzednio młóto browarniane powstałe podczas produkcji piwa w stylu Weizenbier, na bazie następującego wsadu: słód pszeniczny jasny - 68,2% mas.; słód pilzneński - 22,7% mas.; otręby pszenne - 5,7% mas.; łuska gryczana - 3,4% mas.; poddano termo-mechanicznej obróbce we współbieżnej wytłaczarce dwuślimakowej Zamak EHP 2x20 Sline. Temperatura wszystkich stref cylindra wynosiła 120°C, szybkość obrotowa ślimaków 100 obrotów na minutę, a wydajność procesu 1,8 kg/h. Otrzymano produkt o gęstości nasypowej 405 kg/m³.Previously dried spent grains from the production of beer in the Weizenbier style, based on the following charge: light wheat malt - 68.2% by weight; pilsner malt - 22.7% by weight; wheat bran - 5.7% by mass; buckwheat hulls - 3.4% by weight; were subjected to thermo-mechanical processing in a Zamak EHP 2x20 Sline co-rotating twin-screw extruder. The temperature of all zones of the cylinder was 120°C, the rotational speed of the screws was 100 rpm, and the process efficiency was 1.8 kg/h. A product with a bulk density of 405 kg/ ^m3 was obtained.

Przykład IIIExample III

Wysuszone uprzednio młóto browarniane powstałe podczas produkcji piwa w stylu Christmas Ale, na bazie następującego wsadu: słód pszenicznyjasny- 37,3% mas.; słód monachijski II -22,4% mas.; słód pilzneński - 19,4% mas.; słód Biscuit - 6,7% mas.; słód Carawheat - 6,7% mas.; słód pszeniczny czekoladowy - 3,7% mas.; słód Special B - 3,7% mas.; poddano termo-mechanicznej obróbcePreviously dried spent grains from the production of beer in the Christmas Ale style, based on the following charge: light wheat malt - 37.3% by weight; Munich malt II -22.4% w/w; pilsner malt - 19.4% by weight; Biscuit malt - 6.7% by weight; Carawheat malt - 6.7% by weight; chocolate wheat malt - 3.7% w/w; Special B malt - 3.7% by mass; thermo-mechanically treated

PL 242392 Β1 we współbieżnej wytłaczarce dwuślimakowej Zamak EHP 2x20 Sline. Temperatura wszystkich stref cylindra wynosiła 120°C, szybkość obrotowa ślimaków 100 obrotów na minutę, a wydajność procesu 1,8 kg/h. Otrzymano produkt o gęstości nasypowej 417 kg/m³, a w tabeli 2 przedstawiono wyniki analizy elementarnej produktu.PL 242392 Β1 in a Zamak EHP 2x20 Sline co-rotating twin-screw extruder. The temperature of all zones of the cylinder was 120°C, the rotational speed of the screws was 100 rpm, and the process efficiency was 1.8 kg/h. A product with a bulk density of 417 kg/m ³ was obtained, and the results of the elemental analysis of the product are presented in Table 2.

Tabela 2. Zawartość poszczególnych pierwiastków w rozdrobnionym młócie browarnianymTable 2. The content of individual elements in ground spent grains

Pierwiastek Element Zawartość, % mas. Content, wt.% 45,01 45.01 H h 5,19 5.19 N n 2,88 2.88

Przykład IVExample IV

Suche młóto browarniane pochodzące z produkcji jasnego lagera rozdrabniano z wykorzystaniem współbieżnej wytłaczarki dwuślimakowej Zamak EHP 2x20 Sline. Temperatura wszystkich stref cylindra wynosiła 60°C, szybkość obrotowa ślimaków od 150 do 300 obrotów na minutę, a wydajność procesu 3 kg/h. Otrzymano produkt o gęstości nasypowej w przedziale 388-428 kg/m³. W wyniku rozdrobnienia młota zaobserwowano wzrost zawartości azotu z 2,83 do 3,67%. W tabeli 3 przedstawiono wyniki przeprowadzonej analizy sitowej.Dry spent grain from light lager production was comminuted using a Zamak EHP 2x20 Sline co-rotating twin screw extruder. The temperature of all zones of the cylinder was 60°C, the rotational speed of the screws was from 150 to 300 rpm, and the process efficiency was 3 kg/h. A product with a bulk density in the range of 388-428 kg/m ³ was obtained. As a result of hammer fragmentation, an increase in nitrogen content from 2.83 to 3.67% was observed. Table 3 shows the results of the sieve analysis performed.

Tabela 3. Rozmiar cząstek rozdrobnionego młota browarnianegoTable 3. Particle size of crushed brewing hammer

Rozmiar cząstek, mm Particle size, mm Prędkość obrotowa ślimaków, 1/min Rotation speed of the screws, 1/min 150 150 225 225 300 300 Zawartość frakcji, %mas. Fraction content, wt% >1,02 >1.02 37,7 37.7 38,3 38.3 39,2 39.2 0,76-1,02 0.76-1.02 12,8 12.8 13,0 13.0 12,4 12.4 0,51-0,75 0.51-0.75 5,7 5.7 5,2 5.2 5,9 5.9 0,26-0,50 0.26-0.50 22,0 22.0 23,1 23.1 23,5 23.5 0,13-0,25 0.13-0.25 14,4 14.4 14,4 14.4 13,0 13.0 <0,13 <0.13 7,3 7.3 5,9 5.9 6,0 6.0

Przykład VExample V

Suche młóto browarniane pochodzące z produkcji jasnego lagera rozdrabniano z wykorzystaniem współbieżnej wytłaczarki dwuślimakowej Zamak EHP 2x20 Sline. Temperatura wszystkich stref cylindra wynosiła 180°C, szybkość obrotowa ślimaków od 150 do 300 obrotów na minutę, a wydajność procesu 3 kg/h. Otrzymano produkt o gęstości nasypowej w przedziale 339-368 kg/m³. W wyniku rozdrobnienia młota zaobserwowano wzrost zawartości azotu z 2,83 do 3,79%. Ponadto, przeprowadzenie procesu rozdrabniania w wymienionych warunkach spowodowało zmianę koloru materiału. Parametry dotyczące zmiany barwy (według przestrzeni barw CIELab) przedstawiono w tabeli 4. Ponadto, w tabeli 5 przedstawiono wyniki przeprowadzonej analizy sitowej.Dry spent grain from light lager production was comminuted using a Zamak EHP 2x20 Sline co-rotating twin screw extruder. The temperature of all zones of the cylinder was 180°C, the rotational speed of the screws was from 150 to 300 rpm, and the process efficiency was 3 kg/h. A product with a bulk density in the range of 339-368 kg/m ³ was obtained. As a result of hammer fragmentation, an increase in nitrogen content from 2.83 to 3.79% was observed. In addition, carrying out the grinding process under these conditions resulted in a change in the color of the material. The color change parameters (according to the CIELab color space) are presented in Table 4. In addition, Table 5 presents the results of the sieve analysis performed.

PL 242392 Β1PL 242392 B1

Tabela 4. Rozmiar cząstek rozdrobnionego młota browarnianegoTable 4. Particle size of crushed brewing hammer

Parametr Parameter Materiał wejściowy input material Prędkość obrotowa ślimaków, l/min Rotation speed of the screws, l/min 150 150 225 225 300 300 L* L* 48,17 48.17 .37,38 .37.38 47,23 47.23 49,74 49.74 a* and* 5,11 5.11 7,29 7.29 7,68 7.68 7,18 7.18 b* b* 13,04 13.04 12,02 12.02 15,23 15.23 15,42 15.42 ΔΕ ΔΕ - - 11,05 11.05 3,50 3.50 3,53 3.53

Tabela 5. Rozmiar cząstek rozdrobnionego młota browarnianegoTable 5. Particle size of crushed brewing hammer

Rozmiar cząstek, mm Particle size, mm Prędkość obrotowa ślimaków, l/min Rotation speed of the screws, l/min 150 150 225 225 300 300 Zawartość frakcji, %mas. Fraction content, wt% >1,02 >1.02 29,1 29.1 6,7 6.7 2,0 2.0 0,76-1,02 0.76-1.02 11,6 11.6 7,5 7.5 2,5 2.5 0,51-0,75 0.51-0.75 4,6 4.6 2,8 2.8 3,4 3.4 0,26-0,50 0.26-0.50 22,0 22.0 28,7 28.7 30,7 30.7 0,13-0,25 0.13-0.25 26,6 26.6 38,1 38.1 41,5 41.5 <0,13 <0.13 6,0 6.0 16,1 16.1 19,5 19.5

Przykład VIExample VI

Młóto browarniane pochodzące z produkcji jasnego suszono oraz rozdrabniano z wykorzystaniem współbieżnej wytłaczarki dwuślimakowej Zamak EHP 2x20 Sline. Temperatura wszystkich stref cylindra wynosiła 120°C, szybkość obrotowa ślimaków 150 obrotów na minutę, a wydajność procesu 1 kg/h. Przed procesem młóto charakteryzowało się wilgotnością wynoszącą 74% mas. Otrzymano produkt o wilgotności wynoszącej 14% mas. oraz gęstości nasypowej 448 kg/m³.Brewer's spent grain from light production was dried and ground using a co-rotating Zamak EHP 2x20 Sline twin-screw extruder. The temperature of all zones of the cylinder was 120°C, the rotational speed of the screws was 150 rpm, and the process efficiency was 1 kg/h. Before the process, the spent grain had a moisture content of 74% by mass. A product with a moisture content of 14 wt.% was obtained. and a bulk density of 448 kg/m ³ .

Claims

Patent Disclaimer

1. A method of drying and grinding a brewing hammer, characterized in that the process is carried out in a preferably co-rotating twin-screw extruder, at a temperature of individual heating zones of the extruder cylinder ranging from 60 to 180°C, with a rotational speed from 100 to 300 rpm and a capacity of 1 up to 3 kg/h.