СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ПРОПАРЕННЫХ ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ ИЛИ СУХОГО КОРМА ДЛЯ ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ Российский патент 2003 года по МПК A23N17/00 

Изобретение относится к способу приготовления пропаренных зерновых продуктов или сухого корма для домашних животных, включающему получение смеси воды и сухой предварительно приготовленной смеси муки из зерна или крупки, тепловую обработку этой смеси и ее экструдирование.

Известны различные способы, при которых предусмотрена, по меньшей мере, одна стадия экструзионной тепловой обработки смеси воды с сухой предварительно приготовленной смесью, которая включает в себя, в основном, зерновую муку или крупку. Типичным примером является способ приготовления пропаренных зерновых кормов для домашних животных, раскрытый в патенте Франции 2640472 (кл. A 23 L 1/164, 1990).

AU-A-4591389 ("Гербер продактс компани") предлагает способ получения зерновых продуктов быстрого приготовления, предусматривающий увлажнение сухой смеси, содержащей, в основном, зерновую муку и дополнительно включающей в себя масло и витамины, варку увлажненной смеси в экструдере с образованием вспученного жгута, резка жгута на слои, измельчение этих слоев и просеивание с получением тонкодисперсных по размерам частиц в порошкообразной форме и агломерация частиц в гранулы.

В описании к заявке на европейский патент ЕР-А-0524329 (фирма "Сосьете де продюи Нестле С.А.") предлагается способ получения прошедших предварительную варку зерновых кормов экструзионной тепловой обработкой влажной смеси крупяных продуктов, при осуществлении которого в конце стадии тепловой обработки, непосредственно перед стадией экструдирования в такую смесь нагнетают сжатый газ.

Кроме того, известны многие области применения шестеренчатых насосов, например, для подачи точно дозированных количеств пищевых материалов в относительно усложненное устройство для совместного экструдирования.

В заявке на европейский патент ЕР-А-0202143 (фирма "Набиско брэндс инк. ") предлагается устройство для совместного тройного экструдирования, обеспечивающего возможность соосной экструзии двух подвергаемых тепловой обработке паст, характеризующихся различными составом и консистенцией, разделенных слоем материала на масляной основе, служащего в качестве барьера для влаги, причем пасты и материалы на масляной основе дозируют, например, в соответствующие участки насадок устройства для совместного экструдирования с помощью шестеренчатых насосов.

В описании к заявке на европейский патент ЕР-А-0280484 (Кобаяши, Масао) предлагается устройство для совместного экструдирования, позволяющее получать пищевой продукт в форме шариков путем обертывания находящегося в сердцевине материала одним или несколькими слоями других пищевых материалов, в котором различные материалы также дозируют в соответствующие участки насадок этого устройства для совместного экструдирования, например, с помощью шестеренчатых насосов.

Из патента США 4189458 известно также применение шестеренного насоса для продавливания массы материала через экструзионную головку.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа приготовления пропаренных зерновых продуктов или сухого корма для домашних животных, потребляющего относительно небольшое количество энергии и подвергающего указанную смесь воздействию относительно слабых усилий сдвига.

Для решения указанной задачи, способ приготовления пропаренных зерновых продуктов или сухого корма для домашних животных по изобретению предусматривает получение смеси воды с сухой предварительно приготовленной смесью, содержащей главным образом зерновую муку или крупку, тепловую обработку этой смеси и ее экструдирование продавливанием через экструзионную головку, причем, согласно изобретению, продавливание смеси через экструзионную головку осуществляют при повышении давления в установке для тепловой обработки за шнеком установки для смешивания и тепловой обработки посредством шестеренчатого насоса.

В описании и в формуле изобретения выражение "содержащий, в основном, зерновую муку или крупку" означает содержание, по меньшей мере, приблизительно 50% или, предпочтительно, по меньшей мере, 80% зерновой муки или крупки.

Точно также выражение "смесь воды с сухой предварительно приготовленной смесью" означает либо смесь воды с сухой предварительно приготовленной смесью, либо смесь водяного пара и воды с сухой предварительно приготовленной смесью.

Совершенно неожиданно было установлено, что имеется возможность приготовить пропаренные зерновые продукты или сухой корм для домашних животных, который обладает замечательными органолептическими свойствами, в особенности в смысле его консистенции и ароматических и вкусовых свойств, с расходом относительно небольшого количества энергии и воздействием на смесь воды с зерновым материалом относительно слабых усилий сдвига несмотря на тот факт, что эту смесь пропускают через шестеренчатый насос и что ее подвергают при этом кратковременному воздействию сильного сжатия.

В самом деле, между зубьями шестеренчатого насоса, в котором предусмотрено два зубчатых колеса или валка, которые входят в зацепление между собой, смесь может подвергаться сжатию в несколько сотен бар в течение, например, доли секунды.

Для осуществления предлагаемого способа приготовления пропаренных зерновых продуктов можно получать сухую предварительно приготовленную смесь, содержащую, например, приблизительно 80-88% муки или крупки из такого зерна, как пшеница, овес, кукуруза или рис, примерно 2-12% сахаров, в частности, сахарозы и декстрозы, и такие другие традиционные компоненты, как около 1-2% хлорида натрия, до 15% модифицированных крахмалов, в частности, модифицированных кукурузных или пшеничных крахмалов, до 10% сухого молока или другого источника белка, приблизительно до 0,5% минеральных солей, примерно до 0,5% витаминов, до 2% антиоксидантов и возможно даже энзимов, которые способны снижать вязкость приготовляемой смеси.

Для приготовления сухого корма для домашних животных можно получать сухую предварительно приготовленную смесь, содержащую, например, по меньшей мере, приблизительно 50% зерновой муки или крупки, примерно 25-35% муки из мяса и животных субпродуктов, около 5-15% обычного жира и твердого животного жира, до 10% растительных субпродуктов и до 6% витаминов и минералов.

Для приготовления либо пропаренных зерновых продуктов, либо сухого корма для домашних животных можно получать, например, смесь воды с предварительно приготовленной смесью таким образом, чтобы влагосодержание этой смеси составляло приблизительно 10-40 вес. %, с помощью высокоскоростного смесителя с лопастной мешалкой, смесителя или экструдера с двумя входящими во взаимное зацепление и вращающимися в одном направлении червяками или одношнекового экструдера.

Такую смесь можно подвергать тепловой обработке ее выдержкой при приблизительно 80-200^oС в течение примерно от 20 с до 180 мин с помощью такого устройства для смешения и тепловой обработки, как смеситель или экструдер с двумя входящими во взаимное зацепление и вращающимися в одном направлении червяками или одношнековый экструдер, и/или такого устройства для тепловой обработки, как снабженный рубашкой из двойных стенок цилиндрический сосуд, включающий в себя такие внутренние транспортировочные средства, как, например, спираль Архимеда.

В предпочтительном варианте различные возможные червячные конфигурации вышеуказанных устройств, которые могут быть использованы для осуществления данных стадий смешения и тепловой обработки, выбирают таким образом, чтобы указанная смесь подвергалась воздействию относительно слабых усилий сдвига. Такой червяк обычно содержит вал, на котором смонтированы и соединены между собой двойные выступы, каждый из которых выполнен в форме секции спирали. Длину и направление шага спирали, соединенной с двойными выступами, можно выбирать в зависимости от типа работы, которую желательно выполнить в ряде последовательных и/или чередующихся зон спирали, причем, например, относительно длинный шаг соответствует в большей мере зоне смешения, а относительно короткий шаг скорее соответствует зоне тепловой обработки.

Так, например, до шестеренчатого насоса по ходу движения можно поддерживать давление менее приблизительно 2000 кПа, предпочтительнее примерно от 100 до 1000 кПа, и воздействовать на смесь давлением шестеренчатого насоса приблизительно от 2000 до 20000 кПа по ходу движения до головки экструдера.

Для того, чтобы продавливать смесь через упомянутую экструзионную головку, при осуществлении стадии тепловой обработки можно воздействовать на смесь давлением, в особенности подключением, например, шестеренчатого насоса между установкой для смешения и тепловой обработки и установкой для тепловой обработки. В таком варианте исполнения осуществление предлагаемого способа позволяет использовать смесь, характеризующуюся относительно высоким содержанием сухого вещества, а это означает и относительно высокую вязкость, применяя при этом установку для тепловой обработки, которая сама по себе не способна для транспортировки такой смеси.

Содержание сухого вещества можно дополнительно повысить с помощью энзимов, которые снижают вязкость смеси.

При желании, например, получить на выходе из экструзионной головки вспученный продукт может оказаться необходимым относительно высокое содержание сухого вещества, в особенности приблизительно от 78 до 90%.

После стадии тепловой обработки на смесь можно также воздействовать давлением путем подключения, например, шестеренчатого насоса между установкой для смешения и тепловой обработки и экструзионной головкой.

В шестеренчатом насосе может быть предусмотрено два зубчатых колеса или зубчатых валка, которые входят в зацепление между собой. Оба валка могут вращаться в кожухе на осях, которые проходят в плоскости, перпендикулярной направлению движения потока смеси. Каждый из них имеет возможность вращаться в противоположном вращению другого направления, причем их зубья расходятся выше и сходятся ниже по ходу движения потока. Внешние кромки зубьев могут скользить по соответствующим внутренним стенкам упомянутого кожуха, определяя таким образом свободные зоны, предназначенные для транспортирования по ним смеси, которую подвергают экструзии ниже по ходу движения ее потока. Форма зубьев может быть специально подобрана с целью максимально возможно избежать трения между зубьями, которые входят в зацепление между собой, и воздействия какого-либо усилия сдвига на транспортируемую смесь.

В предпочтительном варианте шестеренчатый насос должен быть снабжен корпусом с рубашкой из двойных стенок.

Экструдируемый жгут из пропаренной смеси можно резать на таблетки или слои непосредственно на выходе из экструзионной головки с помощью такого режущего приспособления, как, например, циркулярный нож.

Экструзионная головка может включать в себя один или несколько каналов для экструдируемого материала, в частности, цилиндрических каналов, в общем сориентированных, например, в том же направлении, что и направление движения потока экструдируемой смеси, предпочтительнее в направлении, перпендикулярном плоскости, в которой проходят оси валков. Форма экструдируемого жгута может определяться, в частности, формой выходного отверстия или устья каждого из упомянутых каналов.

В предпочтительном варианте экструзионная головка должна быть закрыта кожухом с рубашкой из двойных стенок, в которой может циркулировать охлаждающая или нагревательная текучая среда.

Изобретение ниже описано на примерах его выполнения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 - схематическое изображение варианта, в котором шестеренчатый насос смонтирован между установкой для смешения и тепловой обработки и установкой тепловой обработки и сообщается с ними, и
фиг. 2 - схематическое изображение другого варианта, в котором шестеренчатый насос смонтирован между установкой для смешения и тепловой обработки и экструзионной головкой и сообщается с ними.

В варианте выполнения, показанном на фиг.1, устройство включает в себя установку для смешения и тепловой обработки 1, установку тепловой обработки 2, шестеренчатый насос 3, смонтированный между установкой смешения и тепловой обработки 1 и установкой тепловой обработки 2, и экструзионную головку 4.

Установка смешения и тепловой обработки 1 выполнена в форме червяков 13, которые входят в зацепление между собой и совместно вращаются. Другими словами, червяки 13 вращаются в одном и том же направлении и входят в зацепление между собой. Они приводятся от электромотора 5. Они заключены в цилиндр 14, у которого предусмотрено находящееся выше по ходу движения материала впускное отверстие 15 для подачи воды и сухой предварительно приготовленной смеси. Соответствующие установки технически доступны, поскольку их можно получить от фирм "Уэнгер", "Клекстрал", "Теледайн" и тому подобных.

Шестеренчатый насос 3 включает в себя два зубчатых валка 9, которые входят в зацепление между собой. Приемлемые устройства технически доступны, их можно получить от фирмы "Мааг".

Установка тепловой обработки 2 представляет собой цилиндрический сосуд 7 с рубашкой из двойных стенок, заключающий в себе спираль Архимеда 6, приводимую от электромотора 8.

У экструзионной головки 4 предусмотрена плита, в которой просверлено несколько цилиндрических каналов 10. На выходе из экструзионной головки 4 имеется режущее приспособление в форме циркулярного ножа 11, приводимого от электромотора 12. Приемлемые экструзионные головки и режущие приспособления хорошо известны в данной области техники, их можно получить, например, от фирм "Уэнгер" и "Клекстрал".

В варианте выполнения, представленном на фиг.2, устройство включает в себя установку смешения и тепловой обработки 1, экструзионную головку 4 и шестеренчатый насос 3, смонтированный между установкой смешения и тепловой обработки 1 и экструзионной головкой 4 и сообщающийся с ними.

Установка смешения и тепловой обработки 1, шестеренчатый насос 3 и экструзионная головка 4 идентичны соответствующим узлам, которые описаны выше со ссылкой на фиг.1.

Способ по изобретению иллюстрируется ниже примерами, в которых количества компонентов выражены в весовых процентах.

ПРИМЕР 1
Использовали устройство, конструкция которого соответствует варианту по фиг. 1, в котором установка смешения и тепловой обработки представляла собой смеситель с двумя входящими во взаимное зацепление и вращающимися в одном направлении червяками фирмы "Теледайн" типа READ CO. Диаметр червяка 6, находящегося в этом смесителе, составлял 127 мм при общей длине технологического пути, в 7,2 раза превышающей диаметр червяка. Червяк приводился от электромотора, скорость вращения которого можно было регулировать от 50 до 510 об/мин, с максимальной мощностью 37 кВт. Температуру в его цилиндре регулировали с помощью теплообменников либо с водяным паром, либо с горячей водой.

Шестеренчатый насос представлял собой насос фирмы "Мааг" типа VACOREX VX 70/70. Его приводили от электромотора с регулируемой скоростью вращения. Он был снабжен корпусом с рубашкой из двойных стенок, температуру которого регулировали с помощью теплообменника с горячей водой.

Установка тепловой обработки представляла собой цилиндрический сосуд с корпусом, снабженным рубашкой из двойных стенок, заключавшим в себе спираль Архимеда. Температуру в сосуде с рубашкой из двойных стенок регулировали с помощью теплообменника с горячей водой.

Экструзионная головка представляла собой плиту с двумя высверленными в ней цилиндрическими каналами, диаметр каждого из которых составлял 4 мм. Она была заключена в корпус с рубашкой из двойных стенок, температуру в котором регулировали с помощью водяного теплообменника.

Режущее приспособление представляло собой циркулярный нож, приводимый от электромотора, скорость вращения которого можно было регулировать.

С помощью такого устройства пропаренные зерновые продукты готовили следующим образом.

В установку смешения и тепловой обработки подавали 20 кг/ч воды, нагретой до 80^oС, и 50 кг/ч сухой предварительно приготовленной смеси, содержавшей главным образом кукурузную крупку. Влагосодержание этой предварительно приготовленной смеси составляло приблизительно 11%. Таким образом, влагосодержание в смеси воды с предварительно приготовленной смесью составляло приблизительно 36,4%.

Такая предварительно приготовленная смесь характеризовалась следующим составом, %:
Кукурузная крупка - 88
Сахароза - 8
Хлорид натрия - 2
Витамины - 0,5
Минеральные соли - 0,5
Антиоксидант - 1
Скорость вращения червяка установки смешения и тепловой обработки настраивали на уровень 200 об/мин. Температуру в цилиндре установки смешения и тепловой обработки поддерживали между 127 и 137^oС. Продолжительность пребывания смеси в установке смешения и тепловой обработки была равной приблизительно 30 с. В конце установки смешения и тепловой обработки смесь полностью желатинизировалась, а ее температура была равной 104^oС. Давление в установке смешения и тепловой обработки и у входного отверстия шестеренчатого насоса составило 100 кПа.

Скорость вращения зубчатых валков шестеренчатого насоса (n-gear) установили на уровне 9 об/мин. Температуру корпуса шестеренчатого насоса поддерживали на уровне 100^oС. Продолжительность пребывания желатинизированной смеси внутри шестеренчатого насоса была равной приблизительно 8 с.

Температуру рубашки из двойных стенок установки тепловой обработки поддерживали на уровне 90^oС. Продолжительность пребывания смеси в установке тепловой обработки составляла примерно 3 ч. В конце установки тепловой обработки температура пропаренной смеси была равной 84^oС, при давлении в конце установки тепловой обработки и перед экструзионной головкой 2000 кПа.

Температуру корпуса с рубашкой из двойных стенок экструзионной головки поддерживали на уровне 90^oС.

Приготовленные таким образом пропаренные зерновые продукты представляли собой частично вспученные гранулы шарообразной формы, готовые для переработки в установленном далее по ходу движения технологического потока оборудовании с целью получения, например, воздушных зерен или хлопьев путем сплющивания.

В процессе длительного пребывания в установке тепловой обработки значительно улучшаются запах и вкусовые качества такой смеси. Перед попаданием в установку тепловой обработки желатинизированная смесь была светло-желтой и фактически не обладала запахом и вкусом хорошо пропаренного зернового продукта. После выхода из сосуда тепловой обработки цвет пропаренной смеси изменялся до темно-желтого - светло-коричневого, а ее запах и вкус были более интенсивными, а именно, напоминали запах и вкус свежеиспеченного хлеба.

Важно отметить, что эта смесь была полностью желатинизирована, а именно, полностью предварительно пропарена перед попаданием в установку тепловой обработки, которая функционировала скорее как установка для поддержания, без передачи смеси дополнительного тепла.

Таким образом, конкретная передача энергии смеси (Е-mixure) может быть определена как сумма соответствующего потребления энергии установкой смешения и тепловой обработки (W-mixcook) и шестеренчатого насоса (W-gear), деленная на расход потока смеси. В эксперименте данного примера потребление энергии W-mixcook составило 9,8 кВт, W-gear составило 0,8 кВт, а Е-mixure - 0,15 кВтч/кг.

ПРИМЕРЫ 2-5
Использовали устройство, конструкция которого соответствует варианту выполнения, представленному на фиг.2.

В примере 2 установка смешения и тепловой обработки представляла собой смеситель с двумя входящими во взаимное зацепление и вращающимися в одном направлении червяками фирмы "Теледайн" (Teledyne) типа READCO, который был идентичным смесителю, использованному в эксперименте примера 1.

В примере 3 установка смешения и тепловой обработки представляла собой экструдер с двумя входящими во взаимное зацепление и вращающимися в одном направлении червяками фирмы "Клекстрал" (Clextral) типа ВС-72 Н. Диаметр червяка этого экструдера составлял 88 мм, а общая длина технологического пути превышала диаметр червяка в 17 раз. Он приводился от электромотора, скорость вращения которого можно было регулировать. Температуру его цилиндра регулировали с помощью индукционных нагревательных катушек.

В примерах 4 установка смешения и тепловой обработки представляла собой одночервячный экструдер фирмы "Уэнгер" типа Х-25. Диаметр червяка этого экструдера составлял 133 мм, а общая длина технологического пути превышала диаметр червяка в 8,8 раз. Он приводился от электромотора, скорость вращения которого можно было регулировать. Температуру его цилиндра регулировали с помощью индукционных нагревательных катушек.

В примере 5 установка смешения и тепловой обработки представляла собой экструдер фирмы "Каль" типа ОЕ 15.2, которым служила разновидность одночервячного экструдера.

В примере 2 состав предварительно приготовленной смеси был идентичен ее составу в примере 1.

В примерах 3 и 4 предварительно приготовленная смесь характеризовалась следующим составом, %:
Кукурузная крупка - 25
Рисовая мука - 55
Сахароза - 12
Модифицированный кукурузный крахмал - 4
Хлорид натрия - 2
Витамины - 0,5
Минеральные соли - 0,5
Антиоксидант - 1
В примере 5 предварительно приготовленная смесь характеризовалась следующим составом, %:
Кукурузная крупка - 50
Мука из мяса и животные субпродукты - 29
Обычный жир и твердый животный жир - 9
Растительные субпродукты - 8
Витамины, минеральные добавки - 4
В экспериментах всех примеров со 2 по 5 шестеренчатый насос представлял собой насос фирмы "Мааг" (Мааg) типа VACOREX VX 70/70. Он приводился от электромотора, скорость вращения вала которого можно было регулировать. Он сообщался с концом установки смешения и тепловой обработки и со входом в экструзионную головку. Он был снабжен корпусом с рубашкой из двойной стенки, в которой температуру 120^oС поддерживали с помощью теплообменной системы, работающей на основе воды высокого давления. Скорость вращения его зубчатых валков регулировали таким образом, чтобы на его входе поддерживать постоянное давление приблизительно 100 - 200 кПа.

Желатинизированную смесь продавливали через плиту экструзионной головки, снабженную высверленным в ней одним или несколькими цилиндрическими экструзионными каналами, диаметр каждого из которых составлял несколько миллиметров (в экспериментах примеров со 2 по 4), или звездообразными экструзионными каналами (пример 5).

Вспученные жгуты разрезали на поверхности выхода из экструзионной головки с получением гранул в форме шариков или звездочек с помощью режущего приспособления, которое представляло собой стандартный гранулятор фирмы "Клекстрал".

Различные технологические параметры представлены в таблице, где использованы аббревиатуры, которые соответствуют тем, что определены в примере 1.

Пропаренные зерновые продукты, приготовленные в примерах 2 и 4, представляли собой полувспученные гранулы шарообразной формы, готовые для переработки в установленном далее по ходу движения технологического потока оборудовании с целью получения, например, воздушных зерен или хлопьев путем плющения.

Пропаренные зерновые продукты, приготовленные в примере 3, представляли собой вспученные гранулы шарообразной формы, готовые для переработки в установленном далее по ходу движения технологического потока оборудовании, например, с целью подрумянивания.

Форма гранул, приготовленных в экспериментах примеров со 2 по 4, была аналогична форме соответствующих гранул, приготовленных без помощи шестеренчатого насоса, по своему запаху, вкусовым качествам и консистенции они также были им аналогичны, но о них можно было бы даже сказать, что они были лучше этих последних.

Сухой корм для домашних животных, приготовленный в примере 5, представлял собой вспученные гранулы в форме звездочек, готовые для переработки в установленном далее по ходу потока, например, для сушки и нанесения покрытия.

Способ включает получение смеси воды с сухой предварительно приготовленной смесью с содержанием главным образом зерновой муки или крупки. Смесь подвергают тепловой обработке и экструдируют продавливанием через экструзионную головку. Продавливание смеси через экструзионную головку осуществляют при повышении давления в установке для тепловой обработки за шнеком установки для смешения и тепловой обработки посредством шестеренчатого насоса. Способ обеспечивает приготовление пропаренных продуктов или сухого корма при относительно небольшом потреблении энергии. 2 з.п. ф-лы., 2 ил., 1 табл.

1. Способ приготовления пропаренных зерновых продуктов или сухого корма для домашних животных, включающий получение смеси воды с сухой предварительно приготовленной смесью, содержащей главным образом зерновую муку или крупку, тепловую обработку этой смеси и ее экструдирование продавливанием через экструзионную головку, отличающийся тем, что продавливание смеси через экструзионную головку осуществляют при повышении давления в установке для тепловой обработки за шнеком установки для смешения и тепловой обработки посредством шестеренчатого насоса. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что получают смесь воды с предварительно приготовленной смесью таким образом, что ее влагосодержание составляет приблизительно 10 - 40 вес.%, а тепловую обработку смеси осуществляют при примерно 80-200^oС в течение приблизительно от 20 с до 180 мин. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед шестеренчатым насосом по ходу движения смеси поддерживают давление менее приблизительно 2000 кПа, предпочтительно 100 - 1000 кПа, а перед экструзионной головкой по ходу движения смеси шестеренчатым насосом создают давление примерно 2000 - 20000 кПа.