СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА ЭКСТРУДИРОВАНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК A21C3/00 A21C11/20 A21C1/06 B29B7/42 A23P1/12 

Предметом настоящего изобретения является способ изготовления пищевых продуктов посредством экструзии и устройство для его осуществления.

В ЕР 0169126 (CLEXTRAL) описан способ изготовления комбинированных продуктов питания с использованием экструдера, имеющего несколько последовательно расположенных зон, в котором поток пищевого сырья, выходящего из первой зоны, состоящей из узла со сдвоенным шнеком, разделяется на несколько независимых потоков во второй зоне, состоящей из двух узлов с одним шнеком в каждом, причем два независимых потока подвергаются нескольким различным технологическим операциям, в частности, разным окрашиваниям, в этой второй зоне, и объединяются в третьей зоне, включающей фильеру для получения единого комбинированного продукта, в частности, продукта, состоящего из двух по-разному окрашенных и/или имеющих разный вкус объединенных при экструзии частей.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа и устройства, обеспечивающих особенно эффективное и/или многоцелевое использование экструдера со сдвоенным шнеком, позволяющего получить один или несколько продуктов питания, в частности, комбинированный продукт, состоящий из нескольких частей, различных по составу, структуре и/или цвету.

Для достижения этого в способе по изобретению первое подлежащее переработке пищевое сырье поступает в первую секцию экструдера со сдвоенным шнеком, второе подлежащее переработке пищевое сырье поступает во вторую секцию экструдера со сдвоенным шнеком, причем эта секция динамически отделена от первой, и оба эти сырья перерабатываются отдельно, каждое в своей секции, а затем обе полученные массы экструдируются по меньшей мере через одну фильеру, и экструдированный продукт или продукты нарезают.

Таким образом, устройство по изобретению содержит эктрудер со сдвоенным шнеком, разделенным на две отдельные секции средством динамического разделения, по меньшей мере одну экструзионную фильеру и по меньшей мере одно режущее средство.

Такой способ и такое устройство обеспечивают особенно эффективное и/или многоцелевое использование экструдера со сдвоенным шнеком, благодаря чему его можно использовать для изготовления одного или нескольких продуктов питания, в частности, комбинированного продукта питания, состоящего из нескольких частей с различными составами, структурами и/или окраской.

В данном описании выражение "пищевое сырье" охватывает все компоненты, вводимые вместе или отдельно, одновременно или последовательно, в ту или другую из двух секций экструдера и обрабатываемые совместно по меньшей мере в части этой секции.

Для того чтобы выполнить данный способ, можно начинать с пищевого сырья, из которого можно изготовить посредством экструзии широчайший диапазон продуктов питания, таких как хлебцы для завтрака, хлебцы для детей, закуски, посыпки, кондитерские изделия, макароны или, к примеру, продукты для домашних животных.

Можно выбрать компоненты и их соответствующие пропорции, и эти вещества затем могут быть переработаны в экструдере при режимах давления, резки и температуры, которые выбирают для обеспечения требуемых характеристик изготовляемого продукта, особенно по содержанию воды и степени расширения, которые должны быть получены после выхода из фильеры.

Для получения увеличения объема продукта можно переработать первое сырье и в/или второе сырье, имеющее содержание воды 12-22%.

Такой нарезанный на части после шприцевания продукт с увеличенным объемом можно обезвоживать до содержания воды, например, менее 5%.

Первое и/или второе сырье, имеющее содержание воды 24-36%, можно переработать с получением небольшого увеличения или без увеличения объема продукта.

Нарезанный на части продукт с небольшим увеличением или без увеличения объема можно превратить в хлопья посредством, например, раскатки и обжаривания.

Продукт может быть получен пропусканием по меньшей мере одного из двух видов сырья через фильеру после того, как его подвергли промежуточной технологической операции, причем последняя осуществляется между выходом его из своей секции экструдера и фильерой, такой как длительная варка сырья, предназначенного, например, для производства хлебцев для завтрака с хорошими вкусовыми свойствами.

Можно начинать переработку с одинаковым или разным первым и вторым пищевым сырьем и перерабатывать каждое в его собственной секции экструдера по одинаковым или разным маршрутам.

Таким образом, одинаковое первое и второе пищевое сырье можно перерабатывать по одинаковому маршруту, когда желательно повысить производительность экструдера, длина и энергетические характеристики которого слишком велики для типа продукта, который нужно изготовить.

В этом случае обе массы перерабатываемого сырья можно экструдировать через две одинаковые фильеры или через одинаковые отверстия, например, общей матрицы.

Предпочтительно, чтобы в начале процесса использовалось разное первое и второе сырье, и они перерабатывались по различным маршрутам в экструдере для того, чтобы получить возможность использовать один экструдер для изготовления новых комбинированных продуктов, содержащих не только два по-разному окрашенных и/или с разными вкусовыми качествами компонента, но содержащих также несколько частей с различными составами, структурами и/или окрасками.

В частности, можно совместно экструдировать массу перерабатываемого сырья, которая увеличивается в объеме, и массу перерабатываемого сырья, объем которой не увеличивается при выходе из фильеры, для получения хрустящих воздушных закусок с мягким наполнителем, или совместно экструдировать две массы перерабатываемого сырья, обе из которых увеличиваются в объеме на выходе из фильеры, для получения хрустящих закусок с двумя компонентами, например, с различной структурой, вкусом или цветом.

Устройство для выполнения способа по изобретению содержит, таким образом, экструдер со сдвоенным шнеком, разделенным на две различные секции средством динамического разделения, по меньшей мере одну фильеру и по меньшей мере одно режущее средство.

Средство динамического разделения может быть выполнено в виде блокирующей зоны, где узел со сдвоенным шнеком имеет, например, противоположно направленные витки.

В данном варианте выполнения средства динамического разделения продукт можно изготавливать при наличии одного канала выхода из первой секции экструдера, ось которого не совпадает, например, с осью зоны сжатия и блокирующей зоны узла со сдвоенным шнеком.

Можно предусмотреть, чтобы выход из второй секции был расположен вдоль или под углом к оси, например, относительно находящегося на противоположном потоку конце экструдера.

Выход из каждой секции может быть соединен посредством соответствующего канала, например, с отдельной фильерой, общей фильерой или с отдельными элементами одной и той же фильеры.

Можно предусмотреть, чтобы средство загрузки было для каждой секции в виде одного или нескольких отверстий для загрузки, проделанных, например, в корпусе узла со сдвоенным шнеком, начиная от расположенного по ходу потока конца экструдера для первой секции и начиная от зоны транспортировки, следующей за блокирующей зоной узла со сдвоенным шнеком, для второй секции.

Можно рассмотреть геометрию шнеков, которая приспособлена для каждой секции так, чтобы соответствовать подлежащему переработке сырью и продукту, который должен быть получен. В частности, можно предусмотреть, например, последовательно и/или встречно расположенные зоны транспортировки, компактирования, сжатия, замеса или смешивания. При определении этих различных зон - шаг шнеков, свободное пространство, оставляемое для подлежащего переработке сырья, определяемые, в частности, соответствующими диаметрами валов и пролетов, могут быть переменными или, например, могут быть двухзаходные вставки переменной формы. Можно также использовать разделение корпуса экструдера на несколько независимых отсеков, причем температуру каждого можно регулировать индивидуально посредством, например, циркуляции холодной или нагретой среды.

И наконец, механическую энергию, необходимую для переработки первого и второго пищевого сырья в двух секциях экструдера и их продавливания через фильеру или фильеры, можно получить посредством одного привода узла со сдвоенным шнеком, такого, например, как электродвигатель.

Для усилия продавливания пищевого сырья через фильеру такой двигатель может быть дополнен (или нагрузка на него может быть снижена) посредством использования нагнетательного насоса, такого, например, как шестеренчатый насос, подсоединенного выше по ходу потока от фильеры.

Описание устройства по изобретению приведено ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - схема одного варианта устройства, предназначенного для осуществления способа с одинаковыми маршрутами первого и второго пищевого сырья, которые также являются одинаковыми;
фиг. 2 - схема другого варианта устройства, предназначенного для осуществления способа с разными маршрутами первого и второго пищевого сырья, которые также различны, для получения разных продуктов;
фиг. 3 - схема еще одного варианта устройства, предназначенного для осуществления способа с разными маршрутами первого и второго пищевого сырья, которые различны, для получения комбинированного продукта совместным экструдированием;
фиг. 4 - схема варианта выполнения геометрии шнеков устройства по фиг. 1;
фиг. 5 - схема варианта выполнения геометрии шнеков устройства по фиг. 2 и 3; и
фиг. 6 - детальный вид варианта средства динамического разделения шнеков по фиг. 4 и 5.

В варианте, представленном на фиг. 1, устройство содержит экструдер со сдвоенным шнеком, разделенным на две различные секции 1 и 2 средством динамического разделения 3, по меньшей мере одну фильеру 4 и 5 и по меньшей мере одно режущее средство, которое не показано.

Узел со сдвоенным шнеком приводится в действие двигателем 6 и состоит из цилиндрического корпуса с двойными стенками, разделенного на семь отсеков i-vii, в каждом из которых может циркулировать охлаждающая или нагревающая среда.

В этом устройстве первое сырье А вводят в первую секцию 1 через средство ввода, состоящее из загрузочного отверстия 7, предусмотренного в первом отсеке i цилиндрического корпуса. Масса сырья А, переработанного в первой секции 1, выходит из экструдера через выходной канал 8, предусмотренный в отсеке iv корпуса, в месте расположения средства динамического разделения 3, и соединенный с фильерой 4.

Второе сырье А, одинаковое с первым, вводится во вторую секцию 2 через средство ввода, состоящее из загрузочного отверстия 9, предусмотренного в пятом отсеке v цилиндрического корпуса, по другую сторону от средства динамического разделения 3. Масса сырья А, переработанного во второй секции 2, выходит из экструдера через выходной канал 10, расположенный вдоль ее оси противоположно потоку конца и соединенный с фильерой 5, которая одинакова с фильерой 4.

В варианте, представленном на фиг. 2, устройство имеет отличия, связанные с геометрией шнеков, по сравнению с вариантом, представленным на фиг. 1.

В этом устройстве первое сырье А перерабатывается в первой секции 1, а второе сырье В, отличающееся от первого, перерабатывается по другому маршруту во второй секции 2, при этом обе перерабатываемые массы экструдируют путем пропускания их через соответствующие фильеры 4 и 5 для изготовления различных продуктов.

В варианте, представленном на фиг. 3, устройство имеет отличия, относящиеся к фильерам 4 и 5, по сравнению с вариантом, представленным на фиг. 2, причем на этот раз фильеры образуют различные элементы общей фильеры для совместной экструзии.

В этом устройстве первое сырье А перерабатывается в первой секции 1, второе сырье В, которое отличается от первого, перерабатывается по другому маршруту во второй секции 2, и затем обе переработанные массы экструдируют совместно.

В варианте, представленном на фиг. 4, геометрия шнеков абсолютно одинакова в обеих секциях 1 и 2 экструдера.

В секции 1 шнеки имеют следующие одна за другой зону транспортировки 11 (200/100), зону компактирования 12 (100/ 50), зону сжатия 13 (100/33), промежуточную зону транспортировки 14 (100/66), зону сжатия 15 (100/35 + 200/28), зону замешивания 16 (100/-33), зону сжатия 17 (100/35), зону выпуска 18 (двухзаходная, 12,5, с тройным удалением) и блокирующую зону 3 (100/-25).

В секции 2 шнеки имеют следующие одна за другой зону компактирования 12 (50/50), зону транспортировки 11 (200/ 100), зону сжатия 13 (100/33), зону транспортировки 14 (100/ 66), зону сжатия 15 (100/35 + 200/28), зону замешивания 16 (100/-33) и зону сжатия 17 (100/-35).

Цифры, приведенные в скобках, означают длину зоны и шаг шнека в мм для шнеков диаметром 88 мм и расстоянием между осями 72 мм, причем устройство в этом случае представляет собой экструдер со сдвоенным шнеком типа CLEXTRAL ВС-72.

Представленная геометрия не ограничивается этими размерами, которые приведены в качестве примера. Можно остановить выбор на других моделях экструдеров, в особенности, например, на моделях ВС-45 (шнеки диаметром 55 мм, с расстоянием между осями 45 мм) или ВС-72 (шнеки диаметром 115 мм, с расстоянием между осями 92 мм) из подобных серий.

Пролеты шнеков предпочтительно сдвоенные за исключением пролета шнека с противоположно направленными витками в блокирующей зоне, которая является предпочтительно одноканальной.

В отличие от пролета с противоположно направленными витками шнека в зоне замешивания 16, которая по своей периферии имеет профилированные участки для пропуска перерабатываемой массы, пролет с противоположно направленными витками в блокирующей зоне 3 его не имеет, чтобы можно было максимально эффективно выполнять свою функцию в качестве средства динамического разделения.

Выпускной канал из первой секции 1 экструдера имеет в осевом направлении продолговатую форму, в данном случае форму цифры восемь, перекрывая целиком длину зоны выпуска 18, не совпадающую с осью зоны сжатия 17 и блокирующей зоны 3.

В варианте, представленном на фиг. 5, геометрия шнеков во второй секции 2 экструдера одинакова с геометрией, представленной на фиг. 4. В противоположность этому геометрия шнеков в первой секции 1 отличается от этой геометрии в отношении зоны сжатия 15 (100/35 + 50/35 + 100/28 вместо 100/35 + 200/28). Она отличается также от геометрии на фиг. 4 в отношении зоны 16, которая здесь представляет зону смешивания, образованную 10 двухзаходными шагами шнека шириной 15 мм вместо зоны замешивания.

На фиг.6 более детально показано, как выпускной канал 8 первой секции 1 экструдера перекрывает целиком зону выпуска 18, не совпадающую с осью зоны сжатия 17 и блокирующей зоны 3. В частности, можно видеть, что является существенным, чтобы это отверстие частично перекрывало блокирующую зону 3 участком своей длины, который приблизительно соответствует, например, 0,1-0,3 от диаметра шнека, так, чтобы сырье, втягиваемое первым заходом или заходами противонаправленного шнека, могло эффективно вытесняться и выгружаться.

Важно также, для того чтобы обеспечить хорошее динамическое разделение, иметь протяженность блокирующей зоны достаточной длины, а именно чтобы она имела длину, по меньшей мере, равную диаметру шнеков, протяженность пролета противоположно направленного шнека, например, приблизительно от 1/5 до 1/3 этого диаметра.

Приведенные ниже примеры даны с целью иллюстрации способа по изобретению и продуктов, которые могут быть получены таким образом. Проценты и части приведены там в весовом отношении.

В этих примерах масло выбирали, если было необходимо, в зависимости от конкретного назначения в перерабатываемой и шприцуемой массе и в зависимости от ее вкуса, нейтральности или в других отношениях. Масло можно было выбирать, например, из масла кокосовых орехов, масла земляных орехов или кукурузного масла.

В этих примерах также вводили смесь порошков, масла и воды, в зависимости от индивидуального назначения, в загрузочное отверстие секции экструдера, по потребности.

Пример 1
Использовали устройство, подобное устройству, представленному на фиг. 1 и 4. Экструзионные фильеры были выполнены в виде пластин со сквозными отверстиями, причем каждая имела по 6 цилиндрических экструзионных каналов диаметром 3,5 мм.

Данное устройство использовали для изготовления одного-единственного одинакового продукта к завтраку в виде хлебцев с ингредиентами и при режимах, приведенных в таблицах 1а) и 1b) ниже.

В таблице 1а) приведены ингредиенты смеси порошков, их пропорции в типовой смеси и допустимый диапазон их пропорций.

В таблице 1b) приведены количества ингредиентов, вводимых в каждую секцию устройства в час, содержание воды в сырье или перерабатываемой массе и технологические режимы.

Таким образом были получены хлебцы для завтрака в виде небольших шариков диаметром от 8 до 12 мм.

Пример 2
Использовали устройство, подобное одному из представленных на фиг. 2 и 5. Экструзионные фильеры были выполнены в виде пластин, каждая с 6 сквозными цилиндрическими каналами диаметром 3,5 мм.

Это устройство использовали для изготовления двух различных продуктов к завтраку в виде хлебцев с ингредиентами и при режимах, приведенных ниже в таблицах 2а и 2 b.

В таблице 2а) приведены ингредиенты смесей порошков, их пропорции в двух типовых смесях, А и В, и допустимый диапазон их пропорций.

В таблице 2b) приведены количества ингредиентов, вводимых в каждую секцию устройства в час, содержание воды в каждом сырье или перерабатываемых массах и технологические режимы.

Для переработки массы А производили нагнетание пара в первую секцию на участке промежуточной зоны транспортировки 14.

Таким образом были получены два различных продукта для завтрака в виде небольших воздушных шариков диаметром 8-12 мм.

Пример 3
Использовали устройство, подобное одному из представленных на фиг. 3 и 5. Экструзионная фильера для совместной экструзии имела два вида отверстий, состоящих из сочетания кольцевого отверстия для экструзии продукта А с внутренним диаметром 8 мм и наружным диаметром 12 мм, окружающего круглое отверстие для экструзии продукта В диаметром 6 мм.

Это устройство использовали для изготовления совместной экструзией комбинированного продукта типа хлебцев с ингредиентами и при режимах, приведенных ниже в таблицах 3а) и 3b).

В таблице 3 а) приведены ингредиенты смесей порошков, их пропорции в двух типовых смесях А и В и допустимые диапазоны их пропорций.

В таблице 3b) приведены количества ингредиентов, вводимых в каждую секцию устройства в течение часа, содержание воды в каждом сырье для перерабатываемых массах и технологические режимы.

Таким образом были получены хлебцы для завтрака, напоминающие по форме планету Сатурн, окруженную своим кольцом, причем контраст между сферой и кольцом повышался за счет оттенка и структуры, диаметр сферической сердцевины равнялся 12-16 мм, внутренняя кромка кольца была соединена с экватором сферы, а наружный диаметр кольца составлял 18-24 мм.

Изобретение относится к способам изготовления продуктов питания экструдированием. Подлежащее переработке пищевое сырье вводят в первую секцию экструдера со сдвоенным шнеком. Второе подлежащее переработке пищевое сырье вводят во вторую секцию экструдера со сдвоенным шнеком, причем эта секция динамически отделена от первой. Оба вида пищевого сырья обрабатываются независимо в своей собственной секции экструдера, обе полученные массы экструдируют, пропуская их через по меньшей мере одну фильеру, и экструдированный продукт или продукты нарезают. Способ обеспечивает более эффективное и многоцелевое использование экструдера, позволяет получить один или несколько продуктов питания. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 6 табл., 6 ил.

1. Способ изготовления пищевого продукта экструдированием, при котором первое подлежащее переработке пищевое сырье вводят в первую секцию экструдера со сдвоенным шнеком, второе подлежащее переработке пищевое сырье вводят во вторую секцию экструдера со сдвоенным шнеком, динамически отделенную от первой секции при помощи средства динамического разделения, содержащего блокирующую зону, где узел со сдвоенным шнеком имеет противоположно направленные витки, оба вида пищевого сырья обрабатывают независимо в своей собственной секции экструдера, обе полученные массы экструдируют, пропуская их через, по меньшей мере, одну фильеру, и экструдированный продукт или продукты нарезают. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первое сырье и/или второе сырье, в которых содержание воды составляет от 14 до 22 мас. %, обрабатывают с получением увеличенного в объеме продукта. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что нарезанный на части увеличенный в объеме продукт обезвоживают до содержания воды менее 5 мас. %. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первое и/или второе сырье, имеющее содержание воды 24-36 мас. %, обрабатывают с получением продукта с небольшим увеличением или без увеличения объема. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что нарезанный на части продукт с небольшим увеличением или без увеличения объема превращают в хлопья посредством раскатки и обжаривания. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют одинаковые первое и второе сырье и каждое сырье обрабатывают в своей собственной секции по одинаковым маршрутам. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют различные первое и второе сырье и каждое сырье обрабатывают в своей собственной секции по разным маршрутам. 8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что обе массы обрабатываемого сырья экструдируют через две одинаковые фильеры или через два одинаковых отверстия общей фильеры. 9. Способ по п. 7, отличающийся тем, что каждую массу обрабатываемого сырья экструдируют через разные отверстия общей фильеры. 10. Способ по п. 7, отличающийся тем, что обе массы обрабатываемого сырья подвергают совместному экструдированию. 11. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее экструдер со сдвоенным шнеком, разделенным на две отдельные секции при помощи средства динамического разделения, по меньшей мере, одну экструзионную фильеру и, по меньшей мере, одно режущее средство, при этом средство динамического разделения содержит блокирующую зону, где узел со сдвоенным шнеком имеет противоположно направленные витки. 12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что канал выхода из первой секции экструдера не совпадает с осью зоны сжатия и блокирующей зоны узла со сдвоенным шнеком.