專利名稱:擠出食品的方法和設(shè)備的制作方法
本發(fā)明系關(guān)于一種擠出食品的方法和設(shè)備。
在這種方法和設(shè)備中，生物聚合物，如淀粉或蛋白質(zhì)，大致通過剪切力的作用在幾秒鐘內(nèi)被加壓蒸煮，并擴(kuò)大成為泡沫結(jié)構(gòu)。因而也使用了詞匯“蒸煮擠壓”。
這種用于擠出由淀粉載體和蛋白質(zhì)組成的食品的方法可從DE-OS3341090上得知，其中借助于在擠出設(shè)備的輸送通道始端的流體控制裝置完成水的配量供應(yīng)。然而在這種情況中，完成水的配量供應(yīng)僅僅是調(diào)節(jié)含水量比率。
從US-PS3711296中可知通過適當(dāng)?shù)墓┧畞碓黾釉现械淖匀缓俊Ｍㄟ^改變擠出機(jī)螺桿的旋轉(zhuǎn)速度，即可調(diào)節(jié)壓力和溫度條件，在該壓力和溫度條件下，即可發(fā)生擠出所必需的塑化。此外，從這個(gè)已刊載的文件可知在擠出機(jī)的第二半部分提供了一個(gè)蒸汽吹出區(qū)或者說沿著擠出機(jī)有一個(gè)蒸汽排出區(qū)。完成蒸汽排出的目的是盡可能完全地排除在塑化期間產(chǎn)生的水蒸汽。
這種蒸煮擠出作業(yè)的基本問題是除了生物原料的含水量有很大波動(dòng)外，脂肪含量和纖維素含量也有很大波動(dòng)，其結(jié)果就是產(chǎn)品的質(zhì)量，如硬度，密度，水溶性和粘度，顏色，味道都有變化，而在開始期間各個(gè)成份的比例上的波動(dòng)和原料的溫度上的波動(dòng)也會(huì)引起同樣的負(fù)作用。
從這點(diǎn)開始，本發(fā)明的目的是闡明一種方法和一種設(shè)備，用這種方法和設(shè)備對(duì)盡可能多的產(chǎn)生的各種這類影響進(jìn)行補(bǔ)償，從而生產(chǎn)出一種質(zhì)量不變的產(chǎn)品。
本發(fā)明是基于承認(rèn)這一事實(shí)基礎(chǔ)之上，即由于在蒸煮擠壓作業(yè)期間由剪切和熱傳遞而引起的生物聚合物的物理和化學(xué)變化，所有終端質(zhì)量(quality)系數(shù)決定性地取決于機(jī)械輸入能量對(duì)質(zhì)量(Mass)的比能，取決于在擠出機(jī)內(nèi)的保持時(shí)間，和取決于沿著擠出機(jī)產(chǎn)品的溫度分布。所需要的恒定的保持時(shí)間分布意味著螺桿的轉(zhuǎn)速和生物聚合物的質(zhì)量流動(dòng)保持常量，在擠出咀前的壓力條件也盡可能保持常量。
機(jī)械輸入比能被定義為凈驅(qū)動(dòng)功率和總質(zhì)量流動(dòng)量的商。通過轉(zhuǎn)速對(duì)輸入比能的控制可從橡膠和塑料領(lǐng)域得知，以便用這種方式獲得恒定漂移質(zhì)量。此外，通過向機(jī)殼給出一定溫度以影響溫度在這里起著一個(gè)作用。由于在蒸煮擠壓期間所需要的恒定保持時(shí)間-如解釋過的，要通過旋轉(zhuǎn)速度來保持輸入比能為常量是不可能的，而且，在蒸煮期間在高溫下保持時(shí)間是如此短以致給機(jī)殼一定的溫度只能有輔助影響。
根據(jù)本發(fā)明，通過根據(jù)權(quán)利要求
1的方法解決了這些問題。該方法的本質(zhì)在于在蒸煮擠出作業(yè)期間輸入比能被檢測(cè)，并通過改變對(duì)混合區(qū)的配量供水和實(shí)現(xiàn)蒸汽的受控注入使輸入比能保持常量。
其結(jié)果，產(chǎn)品濕度的波動(dòng)被完全補(bǔ)償，產(chǎn)品的脂肪含量，含糖量或纖維素含量的波動(dòng)和比例上的波動(dòng)也被適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償。歸根結(jié)底，根據(jù)本發(fā)明最具決定性的是通過擠出機(jī)內(nèi)產(chǎn)品的濕度來保持輸入比能為常量的概念?？稍?到50%的含水量之間進(jìn)行控制。根據(jù)權(quán)利要求
2通過調(diào)節(jié)供水可最簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)使輸入比能保持為常量，用這種調(diào)節(jié)供水的方法不會(huì)顯著影響擠出機(jī)內(nèi)產(chǎn)品的溫度。通過同樣可能的蒸汽的供入或排出可對(duì)溫度產(chǎn)生這種影響。
產(chǎn)品的恒定質(zhì)量是通過根據(jù)權(quán)利要求
3的疊加控制實(shí)現(xiàn)的，這種疊加控制可補(bǔ)償所有產(chǎn)生的波動(dòng)的絕大部分。
蒸汽的供入和排出最好根據(jù)權(quán)利要求
4實(shí)現(xiàn)。
帶有在擠出機(jī)的適當(dāng)位置進(jìn)行蒸汽的排出和供入的這種疊加控制的結(jié)果，保證了產(chǎn)品的溫度分布是恒定的，尤其是在最高溫度的點(diǎn)，這就是說一般在擠出咀前。在蒸煮區(qū)的最后三秒鐘決定性地決定了是否產(chǎn)生熱交換和對(duì)擠出物造成損害。所提供的控制最好在50mbar到20bar之間實(shí)現(xiàn)。
由于控制在能量和溫度方面的干擾，改變了擠出機(jī)內(nèi)產(chǎn)品的濕度，因此通過粘度改變了擠出咀壓力損失。在許多情況下，這可能導(dǎo)致壓力回流和保持時(shí)間分布的不能允許的改變，為此，借助于一個(gè)機(jī)械的產(chǎn)品節(jié)流裝置進(jìn)行控制以保持這些參數(shù)為常量。
為了加強(qiáng)根據(jù)本發(fā)明的控制工作并沿?cái)D出機(jī)獲得所希望的溫度分布，根據(jù)權(quán)利要求
6在機(jī)殼壁的部分上可被給予一受控溫度。
權(quán)利要求
7到12是關(guān)于實(shí)現(xiàn)本方法的設(shè)備，權(quán)利要求
7是關(guān)于帶受控供水的閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，權(quán)利要求
9是關(guān)于帶可控蒸汽排出或可控蒸汽供入的控制，權(quán)利要求
10是關(guān)于對(duì)擠出咀壓力的控制。
從屬權(quán)利要求
給出了進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
所述的三個(gè)閉環(huán)控制最好相互疊加并通過一個(gè)共同的計(jì)算裝置協(xié)調(diào)配合。在這種情況下，由于對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械和指數(shù)熱影響，通過供水的控制具有最大的重要性。實(shí)質(zhì)上，通過蒸汽的供入和排出的控制影響較小，這是由于純指數(shù)熱影響。影響最小并因此對(duì)許多實(shí)際應(yīng)用來說可有可無的是通過擠出咀前端可變節(jié)流的控制，這是因?yàn)閷?duì)產(chǎn)品只是線性熱影響。
本發(fā)明進(jìn)一步的特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)將參照附圖從下面的最佳實(shí)施例中看出。附圖是帶有根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量電路和閉環(huán)控制的蒸煮擠出設(shè)備的原理圖，類似于一個(gè)電路圖。
在附圖中，示出了擠出機(jī)1，它沿輸送方向(箭頭2)按順序包括一個(gè)混合區(qū)3，一個(gè)帶有回流件5的塑化區(qū)4，一個(gè)蒸煮區(qū)6和一個(gè)后面跟有擠出咀8的擠出區(qū)7。
雙軸式螺桿擠出機(jī)1的螺桿9是由馬達(dá)10驅(qū)動(dòng)的。馬達(dá)10的功率消耗N由一個(gè)功率檢測(cè)裝置11檢測(cè)并被送到一個(gè)中心計(jì)算裝置12。在擠出機(jī)1的始端裝有食品配料裝置13、14，配料裝置13、14將食品原料如通過量為mZ的糖和通過量為mB的生物聚合物經(jīng)入口15、16送入擠出機(jī)。另外通過量為mW的水也被送入擠出機(jī)。量mZ、mB和mW被輸入中心計(jì)算裝置12，該中心計(jì)算裝置12從這些量和特定驅(qū)動(dòng)功率一起根據(jù)S= (N)/(mZ+mB+mW) 求出相對(duì)于食品通過量的輸入比能(量mB、mZ和mW的量綱為質(zhì)量/單位時(shí)間)。
中心計(jì)算裝置12輸出這樣求出來的比能S的實(shí)際值，在比較點(diǎn)17，該值與預(yù)置在比較點(diǎn)17的所希望值進(jìn)行比較，差值作為控制器18輸入端的受控條件。控制器18的輸出端連接到水配量泵20的旋轉(zhuǎn)速度調(diào)整裝置19，水配量泵20計(jì)量出經(jīng)入口21進(jìn)入擠出機(jī)1的水。用這種方法，形成了第一個(gè)閉環(huán)控制，該閉環(huán)控制根據(jù)預(yù)置的所希望值Ssoll保持輸入到擠出機(jī)1中被混合的物料之比能，其中被計(jì)量的供水被改變，因而擠出機(jī)內(nèi)物料的粘度也改變。
第二個(gè)閉環(huán)控制由溫度傳感器裝置22形成，溫度傳感器裝置22被置于節(jié)流閥37前面的區(qū)域并把檢測(cè)出的溫度TIst的實(shí)際值輸送到比較點(diǎn)23，在比較點(diǎn)23該值與預(yù)置的所希望溫度值Tsoll進(jìn)行比較，差值被送到控制器24的輸入端。通過控制器24的輸出端，分別調(diào)整蒸汽節(jié)流閥27和28的調(diào)節(jié)裝置25和26，通過蒸汽節(jié)流閥27和28，或是經(jīng)入口管路29和入口30在塑化區(qū)4前注入高溫蒸汽，或是經(jīng)管路31和出口32在塑化區(qū)后抽出蒸汽以便以這種方式保持被處理的食品之溫度為常量。
第三個(gè)閉環(huán)控制由壓力傳感器33形成，壓力傳感器33被置于節(jié)流閥37前面的區(qū)域，用它檢測(cè)出實(shí)際壓力值PIst，該值在比較點(diǎn)34與所希望壓力值Psoll比較。差值作為控制器35輸入端的受控條件，控制器35的輸出端連接到節(jié)流閥37的調(diào)節(jié)裝置36，節(jié)流閥37位于擠出咀8的前面，其角度可調(diào)節(jié)并僅用虛線大致表示。根據(jù)節(jié)流閥37的角度位置的改變，壓力條件即改變。
控制器18、24和35或比較點(diǎn)17、23、34被連接到中心計(jì)算裝置12(未詳細(xì)圖示)，并由中心計(jì)算裝置以協(xié)調(diào)方式對(duì)它們進(jìn)行控制。
通過三個(gè)閉環(huán)控制對(duì)干擾的補(bǔ)償將在下面描述。
在塑化區(qū)4和蒸煮區(qū)6的區(qū)域可附加裝有裝置38和39，以將一定溫度給到機(jī)殼上，圖中將它們示意性地示出。通過這些裝置，可以預(yù)置一個(gè)由未詳細(xì)示出的控制器控制的所希望溫度分布。
使用根據(jù)本發(fā)明的方法，上述設(shè)備可用于各種不同食品的生產(chǎn)。例如早餐谷類食物，快餐，玉米片，小面包干，玉米粉，物理和化學(xué)處理的淀粉，脫菌香料，果酒膠和甘草條，家畜食品，酪蛋白對(duì)酪蛋白鹽酸的反應(yīng)物和可可粉的堿化物等。
下面粒狀玉米快餐將作為應(yīng)用的具體例子。
為此目的，使用了以相同方向旋轉(zhuǎn)的雙軸式擠出機(jī)ZSK70，螺桿直徑為70mm，轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘。玉米飯的通過量是200kg/h，供水為12kg/h。擠出機(jī)的功率消耗為8.5Kw。給到機(jī)殼上的溫度控制在140℃。輸入比能固定在480KJ/kg。在機(jī)械的產(chǎn)品節(jié)流裝置前面的壓力是73bar;在擠出咀前面的溫度是170℃。
從這些基本條件出發(fā)，下面伴隨著各種干擾的產(chǎn)生對(duì)使用根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法進(jìn)行說明。
例1在工作時(shí)間超過8000小時(shí)后，螺桿的磨損使外螺桿直徑減小2mm。結(jié)果，輸入比能上升到500KJ/kg，壓力上升到93bar，產(chǎn)品溫度上升到170℃。根據(jù)本發(fā)明，為使其得到補(bǔ)償，使較正變量“供水”增加2.5升/每小時(shí)并使機(jī)械的產(chǎn)品節(jié)流閥的校正變量“限制位置”從30°的張開角度減小到15°。
例2以相應(yīng)于5升/每小時(shí)，原料的濕度增加2.5%的形式在原料中產(chǎn)生波動(dòng)。在這種情況中，輸入比能降到418KJ/kg，壓力降到55bar，溫度降到161℃。為了補(bǔ)償，校正變量“供水”減少5升/小時(shí)。
例3原料中的脂肪含量增加2%。結(jié)果，輸入比能降到465KJ/kg，壓力上升到77bar，溫度降到168℃。根據(jù)本發(fā)明，通過增加校正變量“蒸汽排出”使其校正，如從敞開通過量的20%增加到36%并使機(jī)械的產(chǎn)品節(jié)流閥的張開角度從30°增到53°。這里為了加速補(bǔ)償，僅僅暫時(shí)地進(jìn)行能量控制。在這以后，供水回復(fù)到原值。
例4上述的三個(gè)量相互疊加地產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明，借助于疊加的控制進(jìn)行補(bǔ)償，三個(gè)校正變量被同時(shí)改變，供水減少2.5升/小時(shí)，蒸汽的排出從敞開通過量的20%增加到36%，機(jī)械的產(chǎn)品節(jié)流閥從30°擴(kuò)大到38°。
權(quán)利要求
1.擠出食品的一種方法，其中食品原料和水被送到擠出機(jī)并在混合區(qū)被混合，混合物被加熱，通過剪切能量被塑化，并在通過一個(gè)咀后被發(fā)泡，其特征在于由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)傳遞到軸或多軸上的驅(qū)動(dòng)功率(N)被測(cè)量，喂入的產(chǎn)品原料的體積通過量(m)被測(cè)量，這些量(N，m)的商數(shù)(S)在計(jì)算裝置中求出，這樣求出的這個(gè)比能(S)作為受控條件輸進(jìn)控制器，控制器根據(jù)預(yù)置的所希望值(Ssoll)以這種方式保持比能為常量，即供入擠出機(jī)的混合區(qū)的水和/或供入的蒸汽作為一個(gè)校正變量受控制器的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于通過改變一個(gè)水配量泵的旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)節(jié)供水。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征在于一個(gè)控制-借此通過適當(dāng)調(diào)節(jié)蒸汽的排出或蒸汽的加入產(chǎn)品溫度作為受控條件被控制-被疊加到一個(gè)通過調(diào)節(jié)供水保持輸入比能為常量的控制之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于蒸汽的受控排出在塑化區(qū)后的區(qū)域完成，蒸汽的受控注入在塑化區(qū)前的區(qū)域完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1到4中的一個(gè)所述的方法，其特征在于安裝在擠出機(jī)的一個(gè)擠出咀前的機(jī)械的產(chǎn)品節(jié)流裝置前面的壓力被測(cè)量，并通過調(diào)整該產(chǎn)品節(jié)流裝置使其保持為常量。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1到5中的一個(gè)所述的方法，其特征在于擠出機(jī)機(jī)殼部分通過機(jī)殼外殼被給予一定溫度。
7.一種完成根據(jù)權(quán)利要求
1到6中的一個(gè)所述方法的設(shè)備，包括一個(gè)擠出機(jī)，把產(chǎn)品原料和水喂入擠出機(jī)混合區(qū)的喂入裝置，一個(gè)用于擠出機(jī)的軸或多軸的電控驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其特征在于包括一個(gè)測(cè)定驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的功率消耗的裝置，測(cè)定產(chǎn)品原料的通過量的裝置，用于調(diào)節(jié)供水和/或蒸汽的各種配量的裝置，一個(gè)計(jì)算裝置，計(jì)算裝置連接到測(cè)定產(chǎn)品原料的通過量的裝置和測(cè)定功率消耗的裝置，并被連接到控制器，控制器的輸出端被連接到供水和/或供應(yīng)蒸汽的調(diào)節(jié)裝置，供水和供應(yīng)蒸汽可被配量。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的設(shè)備，其特征在于調(diào)節(jié)可被配量的供水的裝置是一個(gè)配量泵。
9.一種完成根據(jù)權(quán)利要求
1到6中的一個(gè)所述方法的設(shè)備，包括一個(gè)擠出機(jī)，把產(chǎn)品原料和水喂入擠出機(jī)混合區(qū)的喂入裝置，一個(gè)用于擠出機(jī)的軸或多軸的電控驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其特征在于擠出機(jī)的擠出咀前的區(qū)域有一個(gè)測(cè)量裝置，以測(cè)定出產(chǎn)品的溫度，并且在塑化區(qū)后的區(qū)域有一個(gè)帶蒸汽節(jié)流閥的蒸汽排出管路，溫度測(cè)量裝置被連接到控制器的輸入端，控制器的輸出端被連接到蒸汽節(jié)流閥。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的設(shè)備，其特征在于在塑化區(qū)前的區(qū)域有一個(gè)帶蒸汽節(jié)流閥的蒸汽注入管路，蒸汽節(jié)流閥連接到控制器的輸出端，控制器在溫度測(cè)量裝置之后。
11.根據(jù)權(quán)利要求
7到10的一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于一個(gè)壓力檢測(cè)裝置安裝在機(jī)械的產(chǎn)品節(jié)流裝置前，在擠出咀前，壓力檢測(cè)裝置與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端與機(jī)械的產(chǎn)品節(jié)流裝置的伺服馬達(dá)連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7到11中的一個(gè)所述的設(shè)備，其特征在于控制器與計(jì)算裝置連接。
專利摘要
一種擠出食品的方法，其中食品原料和水被送入擠出機(jī)并在混合區(qū)混合，混合物被加熱并塑化，然后通過擠出嘴擠出。為保持產(chǎn)品的質(zhì)量不變，檢測(cè)出馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)功率(N)，食品原料的通過量(m)，由一個(gè)計(jì)算裝置通過這些量(N，m)求出比能(S)，控制器根據(jù)預(yù)置的值改變供水以使比能保持常量。
文檔編號(hào)B30B11/00GK87106914SQ87106914
公開日1988年10月5日 申請(qǐng)日期1987年10月13日
發(fā)明者沃納·維德曼 申請(qǐng)人:維爾訥和普弗雷德爾公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan