способ приготовления пищевого продукта экструзией

Формула изобретения

1. Способ приготовления пищевого продукта экструзией, согласно которому перерабатывают первое пищевое вещество, имеющее плотность от 75 до 130 г/л, в первой секции экструдера, перерабатывают второе пищевое вещество, имеющее плотность от 75 до 130 г/л, во второй секции экструдера и экструдируют два пищевых вещества через одно общее или два отдельных выходных отверстия, при этом первое и второе пищевые вещества перерабатывают во встречных направлениях, в результате чего они перемещаются навстречу друг к другу.

2. Способ по п.1, в котором перерабатывают два пищевых вещества во встречных направлениях, в результате чего они перемещаются навстречу друг к другу, посредством вращения одного или двух шнеков, причем первая секция имеет существенно обратную спираль или обратные спирали по сравнению со второй секцией.

3. Способ по п.1, в котором первое и второе пищевые вещества соединяют перед экструзией, после чего их экструдируют через общее выходное отверстие.

4. Способ по п.2, в котором первое и второе пищевые вещества соединяют перед экструзией, после чего их экструдируют через общее выходное отверстие.

5. Способ по любому из пп.1-3, в котором первое и второе пищевые вещества аналогичны и каждое из них перерабатывают в соответствующих секциях аналогичными способами.

6. Способ по любому из пп.1-3, в котором первое и второе пищевые вещества различны и каждое из них перерабатывают в соответствующих секциях по-разному.

Описание изобретения к патенту

Объектом данного изобретения является способ приготовления пищевого продукта с помощью экструдера.

Патент США №5891502 описывает способ приготовления пищевого продукта экструзией, согласно которому вводят первое перерабатываемое пищевое вещество в первую секцию двухшнекового экструдера; вводят получаемое второе пищевое вещество во вторую секцию двухшнекового экструдера; причем первая и вторая секции разделены, чтобы обеспечивать отдельную переработку в каждой секции. Пищевые вещества транспортируются в одном направлении, но в разных секциях экструдера.

Патент США №5891503 описывает способ для приготовления пищевого продукта экструзией, согласно которому вводят первое перерабатываемое пищевое вещество в первую секцию двухшнекового экструдера, направляют пищевое вещество при выходе его из первой секции экструдера в варочный аппарат; при этом варочный аппарат соединен последовательно с первой секцией; и вновь вводят прошедшее тепловую обработку пищевое вещество во вход второй секции экструдера для дальнейшей переработки. Первая и вторая секции экструдера выполнены с возможностью раздельной переработки в каждой секции. Этот способ является вариантом упоминаемого выше способа, и также согласно этому способу пищевые вещества транспортируют в одном направлении в экструдере.

Преимущество этих двух способов заключается в том, что они используют только один движитель. Обычно в экструдере для движителя требуется очень значительное пространство. Для привода вала используют электромотор или двигатель.

Обеспечиваемую двигателем скорость вращения вала нужно снижать редуктором, который сам нередко занимает больше места, чем двигатель. Наконец, требуется громоздкая коробка передач для дальнейшего снижения скорости и в случае двухшнекового экструдера она передает скорость с одного вала на два параллельных вала. Поэтому для излагаемого выше уровня техники требуется значительное пространство. При этом для каждого движителя (двигатель, редуктор и коробка передач вместе) обычно требуется свой отдельный персонал, поскольку за процессом экструзии, включая его движитель, обычно необходимо постоянное наблюдение.

Упоминаемые выше два способа имеют некоторые недостатки и с точки зрения механики. Во-первых, вводимые пищевые вещества во время их транспортирования оказывают усилие в направлении двигателя и его коробки передач. Это усилие является усилием, противодействующим усилию, вызываемому вращением шнека, транспортирующего пищевые вещества. Если значение этого усилия достигает некоторого порогового значения, то двигатель необходимо остановить, чтобы предотвратить серьезное повреждение коробки передач двигателя. Это означает прямые потери производительности и обусловливает необходимость дополнительных мер технического обслуживания для восстановления рабочего состояния экструдера.

Во-вторых, вал шнека экструдера согласно известному уровню техники по существу прикреплен только в коробке передач. Для обеспечения надлежащего направления шнека какое-либо другое закрепление вала не предусмотрено. Поэтому, удаляясь от коробки передач, шнек начинает касаться внутренней стенки цилиндра во время вращения, и поэтому он постоянно находится в состоянии трения. Шнек и также внутренняя стенка цилиндра со временем подвергаются значительному истиранию. В-третьих, для упоминаемых выше способов, хотя они позволяют переработку пищевого продукта в разных секциях одного экструдера, для них требуются два устройства отбора пищевого продукта вместо одного, поскольку предусмотрены два выхода в разных местах экструдера. Выполнение выхода зависит от экструдируемого пищевого продукта. Например, выход экструдера может содержать на одном конце последнего цилиндра экструдера центральную пластину, распределитель и головку экструдера. Поэтому для экструдеров известного уровня техники требуется больше оборудования, чем для экструдера с единственным выходом.

Данное изобретение направлено на решение излагаемых выше проблем. Настоящее изобретение также обеспечивает упоминаемые выше преимущества известного уровня техники.

Задача настоящего изобретения заключается в создании способа приготовления пищевого продукта экструзией, согласно которому трение и истирание, в общем, и также воздействие нежелательных усилий уменьшены.

Настоящее изобретение также предусматривает способ приготовления пищевого продукта экструзией, согласно которому перерабатывают первое пищевое вещество в первой секции экструдера, перерабатывают второе пищевое вещество во второй секции экструдера и экструдируют два пищевых вещества из одного общего отверстия или из двух отдельных выходных отверстий и согласно которому также перерабатывают первое и второе пищевые вещества в экструдере во встречных направлениях, в результате чего они перемещаются навстречу друг другу.

Этот экструдер, который может быть одно- или двухшнековым экструдером, и этот способ действительно в значительной степени уменьшают давление, воздействующее на коробку передач, стабилизируют и направляют шнек в цилиндре и также обеспечивают возможность отбора переработанного пищевого продукта в двух секциях с помощью только одного устройства отбора.

Помимо этого, нужен только один движитель.

В данном описании термин "пищевое вещество" включает в себя все компоненты, вводимые вместе или отдельно, одновременно или последовательно, в одну или другую из двух секций экструдера и перерабатываемые вместе, по меньшей мере, в части данной секции.

Например, пищевое вещество содержит зерновые смеси, например, такие, которые используют для приготовления зерновых завтраков (хлопья, хрустящие изделия, сухие завтраки и др.). Этот термин также включает в себя смеси кормов для животных для экструдирования полусухого или сухого корма для животных, такого как, например, гранулы и др. формы.

В настоящем изобретении выражение "выходное отверстие" означает любой возможный открытый выход или головку экструдера, например головку экструдера с одним или несколькими мундштуками со всеми видами формы и размера, используемыми для получения нужной продукции. Открытое отверстие также может быть выполнено и без головки экструдера. Выход может содержать центральную пластину, распределитель и головку экструдера. Иногда центральная пластина имеет фильеру предварительного расширения. В целях данного изобретения эти детали можно модифицировать, заменять, удалять или дополнять другими деталями в зависимости от получаемого экструдируемого пищевого вещества.

В данном изобретении термины "вал" и "шнек" также подразумевают их множественное число, если это не указано отдельно. Поскольку данное изобретение не ограничивается либо одно-, либо двухшнековыми экструдерами, поэтому множественное число иногда не упоминается для удобства изложения.

Выполнение предлагаемого способа можно начать с пищевых веществ, из которых с помощью экструзии можно получить самый широкий возможный ассортимент пищевых продуктов, таких как зерновые завтраки, детские завтраки, сухие завтраки, покрытие из крошки, кондитерские изделия, макаронные изделия или продукция для домашних животных, например.

Компоненты и их соответствующие пропорции можно подбирать и эти вещества можно затем перерабатывать в экструдере при условиях давления, сдвигающего усилия и температуры, которые подбираются в соответствии с характеристиками получаемой продукции, особенно в зависимости от влажности и степени расширения, получаемой после прохождения головки экструдера.

Как указано выше, предлагаемый экструдер, разделенный на две отдельные секции, содержит два входных отверстия на двух дальних концах экструдера и одно или два выходных отверстия между двумя секциями.

Экструдер может иметь два параллельных шнека, в которых параллельные валы шнеков соединены с движителем в первом дальнем конце экструдера и с конечным подшипником во втором дальнем конце экструдера.

Спираль шнеков в первой секции может быть по существу противоположной по сравнению со спиралью шнеков во второй секции, в результате чего пищевые вещества, вводимые в два входных отверстия, транспортируются во встречных направлениях к выходному отверстию или к двум выходным отверстиям во время переработки.

Либо экструдер может иметь единственный шнек, при этом вал шнека соединен с движителем в первом дальнем конце экструдера и с конечным подшипником во втором дальнем конце экструдера.

В последнем случае спираль шнека в первой секции также может быть по существу противоположной по отношению к спирали шнека во второй секции, в результате чего пищевые вещества, вводимые в два входных отверстия, транспортируются во встречных направлениях к выходному отверстию или к двум выходным отверстиям во время переработки.

Настоящее изобретение относится к способу производства пищевого продукта экструзией, согласно которому перерабатывают первое пищевое вещество, имеющее плотность от 75 до 135 г/л, в первой секции экструдера, перерабатывают второе пищевое вещество, имеющее плотность от 75 до 135 г/л, во второй секции экструдера и экструдируют два пищевых вещества через одно общее или два отдельных выходных отверстия, при этом первое и второе пищевые вещества перерабатывают во встречных направлениях, в результате чего они перемещаются навстречу друг к другу.

Переработку двух пищевых продуктов во встречных направлениях таким образом, что они перемещаются навстречу друг другу, можно осуществить за счет вращения шнека, проходящего через две секции переработки пищевого продукта, при этом шнек первой секции имеет по существу обратную спираль по сравнению со второй секцией.

Первое пищевое вещество можно соединить со вторым пищевым веществом до экструзии и затем оба пищевых вещества можно экструдировать через общее выходное отверстие.

В этом случае возможно получать двухцветные продукты. Для этого используют первое и второе пищевые вещества разного цвета, либо одинаковые пищевые вещества, которые были окрашены разными пищевыми красителями.

Также возможно получение больше двух разных цветов, если любое из двух пищевых веществ уже имеет компоненты разного цвета. Поэтому возможно экструдирование пищевого продукта трех и более цветов, т.е. можно получить многоцветный пищевой продукт.

Например, можно получить двухцветный совместно экструдированный корм для домашних животных или зерновой завтрак. Два цвета могут указывать разные вкусовые вещества, функциональные ингредиенты, например.

Например, корм для животных может предназначаться для кошек и/или собак. Он может содержать ингредиенты для похудения и/или оздоровляющие ингредиенты (функциональные ингредиенты).

Для получения двухцветного пищевого продукта выход двух пищевых веществ разного цвета можно комбинировать в общем выходном отверстии или до него и совместно экструдировать.

Либо первое и второе пищевые вещества могут быть аналогичными и каждое из них можно перерабатывать в их соответствующей секции аналогичными способами.

Либо способ можно изменять таким образом, чтобы первое и второе пищевые вещества были разными и чтобы каждое из них перерабатывалось в своей соответствующей секции разными способами.

Можно также предусмотреть нарезку экструдируемого пищевого продукта перед его переработкой в конечную продукцию.

Можно предусмотреть выполнение способа с помощью двухшнекового экструдера, содержащего два параллельных вала со шнеками, либо с помощью одношнекового экструдера с одним валом и одним шнеком.

Можно предусмотреть такую геометрию шнека для каждой секции, которая будет целесообразно соответствовать перерабатываемому веществу и получаемой продукции. В частности, можно предусмотреть последовательные и/или чередующиеся зоны для транспортирования, уплотнения, сжатия, замешивания или смешивания, например. Для определения этих разных зон можно изменять шаг шнеков, пространство, оставляемое свободным для перерабатываемого вещества, особо определяемое соответствующими диаметрами валов или спиралей; либо можно вводить двойные выступы разной формы, например. Также возможно подразделить цилиндр экструдера на несколько независимых отсеков, в которых температуру можно регулировать индивидуально, например с помощью циркуляции охлаждающей или нагревающей текучей среды. Механическую энергию, необходимую для переработки первого и второго веществ в двух секциях экструдера и для их прохождения через головку или головки, можно обеспечить единым средством привода шнеков двух- или одношнекового экструдера, например с помощью электродвигателя.

Наконец, для прохождения пищевого вещества через головку этому электродвигателю можно содействовать, либо его нагрузку можно уменьшить с помощью насоса положительного смещения, такого как шестеренный насос, установленный вблизи головки экструдера.

Устройство и способ согласно настоящему изобретению иллюстрированы в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 схематически показывает боковую проекцию осуществления способа, согласно которому одношнековый экструдер имеет одно выходное отверстие;

Фиг.2 схематически показывает верхнюю горизонтальную проекцию осуществления, согласно которому двухшнековый экструдер имеет два выходных отверстия.

Фиг.3 схематически показывает верхнюю горизонтальную проекцию осуществления с двумя выходными отверстиями и более подробно показывает геометрию шнеков и цилиндров у выходных отверстий.

Фиг.4 схематически показывает боковую проекцию осуществления с одним выходным отверстием и более подробно показывает геометрию шнека и цилиндра у выходного отверстия.

Согласно варианту, представленному на Фиг.1: одношнековый экструдер 1, разделенный на две отдельные секции 2 и 3, предназначен для экструзии двух отдельных пищевых веществ через одно общее выходное отверстие 6.

Выходное отверстие 6 для пищевых веществ, перерабатываемых в обоих секциях, выполнено ниже места соединения двух секций. Каждая секция содержит несколько отдельных цилиндров 19. Первое входное отверстие 4 находится в первом дальнем конце 12 экструдера - для первого пищевого вещества (А), вводимого в первую секцию 2 переработки. Второе входное отверстие 5 находится на втором конце 13 экструдера - для второго пищевого вещество (В), вводимого во вторую секцию 3 переработки пищевого вещества. Вал 17 проходит через две секции 2 и 3 и далее проходит от первого дальнего конца 12 в движитель 11, например в электромотор, редуктор и коробку передач, предназначенные для вращения вала 17. После второго дальнего конца 13 экструдера 1 вал опирается на подшипник 14. В секциях 2 и 3 вал имеет окружающий шнек 18, спираль которого, помимо прочего, предназначена для того, чтобы направлять транспортирование пищевых веществ в секциях 2 и 3. Для того чтобы пищевые вещества, входящие через входные отверстия 4 и 5, соответственно, смогли перемещаться навстречу друг другу в сторону общего выходного отверстия 6, спираль шнека 18 в секции 2 по существу противоположна спирали шнека 18 в секции 3.

Шнек 15 окружен цилиндрами 19, пять из которых в каждой секции 2 и 3 и один - дополнительный цилиндр, на который опирается общее выходное отверстие 6.

Согласно варианту, показанному на Фиг.2: двухшнековый экструдер 1, разделенный на две отдельные секции 2 и 3, предназначен для экструзии двух отдельных пищевых веществ через два отдельных выходных отверстия 7 и 8. Поэтому первое выходное отверстие 7 выполнено как выход для первого пищевого вещества, перерабатываемого в первой секции 2, а второе выходное отверстие 8 выполнено как выход для второго пищевого вещества, перерабатываемого во второй секции 3. Два отдельных выходных отверстия 7 и 8 находятся в месте соединения двух секций. В варианте согласно Фиг.2 выходные отверстия 7 и 8 выполнены поперечно экструдеру 1. Первое входное отверстие 4 находится в первом дальнем конце 12 экструдера - для первого пищевого вещества, вводимого в первую секцию 2 переработки. Второе входное отверстие 5 находится во втором дальнем конце 13 экструдера - для второго пищевого вещества, вводимого во вторую секцию переработки пищевого вещества.

Два вала 9 и 10 проходят через две секции 2 и 3 и далее проходят через первый дальний конец 12 в движитель 11, содержащий, например, электромотор, редуктор и коробку передач, предназначенные для вращения валов 9 и 10. После второго дальнего конца 13 экструдера 1 валы опираются на конечный подшипник 14. В секциях 2 и 3 валы 9 и 10 оба имеют окружающий шнек 15 и 16, соответственно. Геометрия спирали, помимо прочего, предназначена, чтобы направлять транспортирование пищевых веществ в секциях 2 и 3. Чтобы пищевые вещества смогли входить через входные отверстия 4 и 5, соответственно, они перемещаются навстречу друг другу в сторону соответствующих выходных отверстий 7 и 8, при этом спирали шнеков 15 и 16 в секции 2 по существу противоположны относительно спиралей шнеков 15 и 16 в секции 3.

Фиг.3 более подробно показывает возможное осуществление двух выходных отверстий экструдера 1, иллюстрируемого на Фиг.2. Два пищевых вещества (А и В), перемещающихся навстречу друг другу через две секции 2 и 3, транспортируются к двум обратным шнекам 20 и 21, соответственно, которые направляют пищевые вещества А и В в их соответствующие выходные отверстия 7 и 8. Динамический затвор 22 полностью исключает прохождение пищевых веществ в противоположные секции. Два выходных отверстия 7 и 8 выполнены из аналогичных компонентов. Центральная пластина 23 вставлена в каждый последний цилиндр 26 или 27 соответствующей секции и также направляет пищевые вещества в распределитель 24. Оттуда пищевые вещества поступают в головку 25 экструдера, которая дополнительно определяет форму и вид экструдируемых пищевых веществ.

Фиг.4 более подробно показывает возможное осуществление выходного отверстия 6 одношнекового экструдера, изображаемого на Фиг.1. В этом случае, как правило, динамический затвор и обратный шнек не используются. В цилиндре 28, помещенном между двумя секциями 2 и 3, выполнено выходное отверстие 6, которое содержит центральную пластину, распределитель 23 и головку 24 экструдера.

Приводимый ниже пример поясняет способ согласно данному изобретению и продукцию, получаемую с его помощью. Процентное содержание и доли даны по весу.

В этом примере, при необходимости, масло можно определить в зависимости от его физического назначения в перерабатываемой и экструдируемой массе и в зависимости от его вкуса - нейтрального или иного. Его можно выбрать из группы, в которую входит пальмовое, арахисовое или кукурузное масло, например. В этих примерах также смесь муки, масла и воды вводят в надлежащих количествах индивидуально во входное отверстие соответствующей секции экструдера.

ПРИМЕР 1

Используется экструдер, аналогичный тому, который представлен на Фиг.2. Головки экструдера выполнены в виде двух пластин, в которых выполнены шесть цилиндрических экструзионных проходов диаметром 3,5 мм.

Эта установка используется для приготовления двух разных видов продукции - зерновых завтраков, ингредиенты и условии которых приводятся ниже в таблицах 1 и 2. Таблица 1 указывает ингредиенты смесей муки, их пропорции в двух типичных смесях А и В и возможные пределы их пропорций.

Таблица 2 указывает количества ингредиентов, вводимые в каждую секцию этой установки в час, влажность веществ или переработанных масс и рабочие условия.

Для переработки массы А: в первую секцию области в промежуточной зоне транспортирования вводят водяной пар.

Таблица 1
Смеси муки
Ингредиент	Смесь А (%)		Смесь В (%)		Пределы значений смеси А (%)		Пределы значений смеси В (%)
Кукурузная мука	80		20		80-89		0-80
Пшеничная мука	11		64		-		0-80
Овсяная мука	-		10		-		0-80
Сахар	6,9		4,9		0-12		0-12
Соль	2		1		0-3		0-3
Витамины и следы элементов	0,1		0,1		0,1-0,2		0,1-0,2
Итого	100		100		100		100
Таблица 2
Условия работы
Параметр		Ед. изм.		Значение		Возможные пределы
Смеси муки А		кг/ч		200		200-400
Водяной пар		кг/ч		15		0-40
Вода		кг/ч		35		0-60
Влажность смеси А		%		18		14-40
Смесь муки В		кг/ч		180		100-400
Масло		кг/ч		15		0-40
Вода		кг/ч		20		0-70
Влажность В		%		18		14-38
Скорость вращения шнеков		Об/мин		250		100-420
Температура массы А		°С		150		100-140
Давление массы А		бар		126		80-150
Температура массы В		°С		170		140-180
Давление массы В		бар		132		80-150
Ток		А		265		150-486
Время пребывания		с		25		20-45
Плотность (В)		г/л		98		75-130
Давление в цилиндре (А)		бар		10
Давление в цилиндре (В)		бар		10

Таким образом, получаются два разных продукта - зерновые завтраки в виде увеличенных в объеме шариков диаметром 8-12 мм.

ПРИМЕР 2: Двухцветный корм для животных

Исходная смесь состоит приблизительно из 58 вес.% кукурузы, 5,5 вес.% кукурузной клейковины, 22 вес.% куриной муки, 10% смеси диетических жирных кислот, состоящих из 60% твердого животного жира, 25% подсолнечного масла, 15% масла какао; остальное - соли, витамины и минералы. Смесь разделена на две равные по весу части.

Каждая часть исходной смеси подается в устройство предварительного сгущения, увлажняется и в нее добавляются разные красители (красный и желтовато-коричневый).

Увлажненные части разного цвета (первое и второе пищевые вещества) подают в два разных входных отверстия экструдера, показанного на Фиг.1.

Окрашенные в разный цвет пищевые вещества желатинируют, подвергают тепловой обработке в двух секциях и соединяют перед общим выходным отверстием и экструдируют вместе.

Экструдированную продукцию нарезают кусками, удобными для кормления собак, высушивают при 110°С в течение около 20 мин и охлаждают с получением двухцветных гранул.