способ производства экспандированных продуктов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ производства экспандированных продуктов, включающий экструдирование полуфабриката и резку, с понижением давления на выходе полуфабриката из сопла экструдера, отличающийся тем, что резку и понижение давления на выходе сопла экструдера осуществляют ножом, контур поверхностей режущих лезвий которого имеет форму гребного винта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нож, имеющий форму гребного винта тягового действия.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что лезвия ножа выполнены регулируемыми по положению.

4. Способ по любому из пп.1 3, отличающийся тем, что лезвия ножа выполнены с прямолинейной образующей.

5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что производят экспандированные продукты питания.

6. Устройство для производства экспандированных продуктов, включающее экструдер со шнеком, нож и средство создания пониженного давления на выходе из сопла, отличающееся тем, что лезвия ножа размещены радиально вокруг оси его вращения, профилированы таким образом и установлены под таким углом, что обеспечивают и резку и создание пониженного давления.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что нож с радиальными лезвиями выполнен в форме гребного винта.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что нож имеет форму пропеллера.

9. Устройство по любому из пп.6 8, отличающееся тем, что включает дополнительно несколько сопел, размещенных по окружности, концентричной оси вращения ножа, при этом лезвия ножа установлены с возможностью перемещения вблизи дополнительных сопел.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что сопла ориентированы параллельно оси вращения ножа и размещены в нагретой среде, например в горячем масле, при этом лезвия ножа установлены с возможностью соприкосновения при вращении с соплом для скребкового их очищения.

11. Устройство по любому из пп.6 10, отличающееся тем, что нож включает режущую головку и полую втулку, закрепляемую на оси вращения с помощью винта.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что лезвия ножа выполнены плоскими с прямолинейными режущими кромками в плоскости, перпендикулярной оси втулки.

13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что втулка выполнена разрезной с продольной прорезью длиной около 4 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается способа производства экспандированных продуктов, предусматривающего экструдирование полуфабриката и резку, с понижением давления на выходе полуфабриката из сопла экструдера, а также устройства для осуществления такого способа, содержащего экструдер со шнеком, нож и средство создания пониженного давления на выходе из сопла.

Устройства подобного типа, в которых объемное расширение пищевого продукта достигается с помощью пониженного давления, хорошо известны. См. например, патент ФРГ N 3,515,617. Для создания пониженного давления на выходе из сопла обычно используется сложное вспомогательное оборудование, устанавливаемое вне конструкции устройства и представляющее собой замкнутую систему с вакуумным насосом, охладителем и несколькими клапанами (выпускным, блокировочным и т.п.).

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание устройства указанного во введении типа без упомянутой замкнутой системы создания пониженного давления, но обеспечивающего эквивалентные или лучшие результаты по сравнению с известными устройствами, и, в частности, с возможностью вывода продукта непосредственно в окружающую воздушную атмосферу.

В то же время известно, что экструзия продукта в горячий жир улучшает текстуру готового продукта и обеспечивает хорошее объемное экспандирование. Это обстоятельство учтено в настоящем изобретении.

Другой задачей изобретения является разработка способа указанного во введении типа, обеспечивающего эффективное производство экспандированных продуктов более простым путем.

Поставленные задачи решаются изобретением посредством того, что для резки и понижения давления на выходе из сопла устройства (шприцмашины) устанавливают нож, контур поверхностей режущих лезвий которого имеет форму гребного винта.

А именно, лезвия ножа размещены радиально вокруг оси его вращения, профилированы таким образом и установлены под таким углом, чтобы обеспечить и резку, и создание пониженного давления.

Нож может быть выполнен так, чтобы создавать тяговое усилие для вытяжной подачи материала, в отличие от толкающего усилия традиционных гребных винтов.

Кроме того, лопасти ножа могут быть выполнены с возможностью регулирования их положения. Они могут быть выполнены с непрямолинейной образующей. Нож также может иметь форму пропеллера.

Изобретение предназначается главным образом для использования при производстве экспандированных пищевых продуктов. Применение изобретения в пищевой промышленности позволит получить значительный положительный эффект и соответствующие технологические преимущества.

В предпочтительном варианте выполнения устройства по изобретению, оно дополнительно содержит несколько сопел, размещенных по окружности, концентричной оси вращения ножа, при этом лезвия ножа установлены с возможностью их перемещения вблизи этих дополнительных сопл.

Предпочтительно также, чтобы сопла были ориентированы параллельно оси вращения ножа и были размещены в нагретой среде, например, горячем масле, при этом лезвия ножа установлены с возможностью их соприкосновения с соплами при вращении ножа, для скребкового очищения сопл.

Нож обычно включает режущую головку и полую втулку, закрепляемую на оси вращения с помощью винта. Втулка при этом может быть выполнена разрезной, с продольной прорезью длиной около 4 мм, а лезвия ножа могут быть выполнены плоскими с прямолинейными режущими кромками в плоскости, перпендикулярной оси втулки.

При выполнении ножа в виде гребного винта, его вращение в воздухе или текучей среде обеспечивает насосный эффект, зависящий также от углового положения лопастных лезвий ножа. Указанный насосный эффект создает разрежение непосредственно на режущей кромке лезвий. Желательно, чтобы между каждой смежной парой лезвий была образована ускорительная секция по типу трубки Вентури.

При вытеснении материала в горячую жидкость наличие пониженного давления непосредственно на выходном сопле шприцмашины значительно усиливает процесс экспандирования выпускаемого материала, причем необходимая степень расширения достигается при значительно более низких температурах материала, что представляет определенное преимущество.

При разработке и оптимизации конструкции ножа в виде гребного винта автор использовал основные принципы гидродинамики гребных винтов, описывающей распределение давлений, струйно-поточные течения в зоне действия лопастей или лопаток и т.д. (см. например, научно-технический журнал Lueger, т. 12, 1967, стр. 457 464).

Особенно значительным преимуществом изобретения является то, что оно позволяет не использовать для создания пониженного давления сложное вспомогательное оборудование типа замкнутой вакуумной системы, в состав которой обычно входят вакуумный насос, холодильник, клапанные средства и т.п. Следует отметить, что при этом устройство по изобретению реализует все положительные качества вакуумной экструзии и позитивные особенности технологии экспандирования продукта в горячую среду.

Положительный эффект достигается по изобретению для различных типов процесса экспандирования, будь то вытеснение расширяемого продукта в воздушную среду или в горячий жир, масло и т.п. Оптимизируя профиль лопастей ножа применительно к действию в жидкой среде, можно получить универсальные преимущества для самых различных вытесняемых материалов.

В одном из вариантов выполнения изобретения предусмотрена возможность параллельного смещения оси вращения винтового ножа, которая обычно соосна экструдеру, от оси вытеснительного шприцсопла.

В другом варианте, предусмотрена возможность использования нескольких вытеснительных сопел, размещенных по окружности. В этом случае и лезвия ножа располагают по окружности расположения сопел, чтобы при вращении они проходили в непосредственной близости от них.

При вытеснении материала в горячую среду, например, в горячее масло или жир, лезвия ножа располагают так, чтобы снимать остаточные отложения вытесняемого материала со шприцсопла.

На фиг. 1 изображен вид сбоку режущей головки винтового ножа, на фиг. 2

вид ножа в плане.

На чертежах не показано общее устройство экструдера для получения экспандированных продуктов, поскольку оно хорошо известно специалистам в данной области. Подробно рассматривается только конструкция ножа, исходя из которой специалисту будет понятно, какие модификации в известных экструдерах потребуется произвести для установки на них рассматриваемого винтового ножа, с получением устройства по изобретению.

Устанавливаемый на выходе экструдера вблизи отверстия его шприцсопла (не показано) винтовой нож 1 имеет несколько плоских лезвий 2 в виде режущих лопастей, расположенных с одинаковым шагом. Нож 1 имеет цилиндрическую ступицу 3, конусообразно сужающуюся в ее верхней части 4. Расположение лезвий 2 на ступице 3 хорошо видно на фиг. 1. Угол установки лезвий 2 может составлять, например, 30^o к горизонтали. Лезвия 2 выполнены с прямолинейными режущими кромками 5, которые при вращении ножа разрезают массу вытесняемого материала, выходящего из отверстия вытеснительного шприцсопла.

С тыльной стороны лезвия 2 имеют криволинейный профиль 6. При установке на устройство, вся ножевая головка фиксируется на оси вращения посредством крепежного винта, ввинчиваемого в резьбовое отверстие 7.

Для оптимизации углового положения режущих лопастей 2 могут использоваться испытания в воде. Температура воды может быть различной. Предпочтительный угол положения лопастей 2 определяют в зависимости от регистрируемого понижения давления в определенных зонах при различных скоростях вращения ножа. В ходе таких испытаний выясняют динамику понижения давления в той или иной зоне режущих кромок лопастей ножа. Достаточно точные значения достигаемого понижения давления можно определить по тарировочным таблицам значений парциального давления пара. Посредством переустановки лопастей зону пониженного давления можно переместить в необходимое место, но в любом случае эта зона должна находиться на выходе шприцсопла.

Для повышения эффективности действия ножа и усиления степени разрежения, режущая головка может быть помещена в раструб, аналогично тому, как помещают в раструб судовой гребной винт. Понятно, что режущие лопасти должны иметь полную свободу вращения внутри этого раструба.

В варианте выполнения, сопел у устройства может быть несколько. Рассматривая Фиг. 1, выходные отверстия сопел могут располагаться над лопастями 2 и вблизи них, так, чтобы лопасти при вращении ножа могли очищать отверстия сопел от остатков материала. Понятно, что при таком расположении сопла будут расположены по существу параллельно оси вращения ножа.

Устройство по изобретению работает следующим образом.

Из сопла (или сопел) не показанного экструдера, сверху вниз (см. Фиг. 1) на лопасти 2 винтового ножа 1 вытесняется экспандируемый материал. Показанный узел помещен в горячее масло, поэтому происходит вытеснение экспандируемого материала в горячую жидкую среду с получением дополнительных выгод, поясненных выше. Нож вращается в среде с такой скоростью, и имеет лопасти, расположенные под таким углом, чтобы в каждом конкретном случае создавать требуемую степень разрежения у выходных отверстий упомянутых сопел, используя принципы гидродинамики гребного винта. Когда лопасти расположены достаточно близко к выходным отверстиям сопел, они также очищают эти отверстия от остатков материала.

Специалисту понятно, что возможны различные модификации и изменения конструкции устройства по изобретению без выхода из объема изобретения, определяемого исключительно формулой изобретения.