CN1161041C - 一种挤压含水膨胀产品的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在挤压食品和相关的食品颗粒时，挤制产品在承受挤制的高压和高温时其所含水沸腾，结果膨胀，然后通过挤压喷嘴而排放于大气中。通过正常的工艺参数很难调节膨胀程度。根据本发明，可以通过一种高度稳定的方式控制膨胀的增加，即通过在封闭的腔室中进行挤压，在所述腔室中形成几巴的过压，并能够调节。挤制产品能够连续地从腔室排放，也能够断续地部分排放。过压调节挤制产品中蒸汽的瞬间膨胀，并且在排放于大气之前具有时间成形，随后蒸汽的进一步膨胀只影响很小的程度。

Description

一种挤压含水膨胀产品的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的挤压产品的方法。
背景技术
与挤制产品的制造相关，挤制产品的物理尺寸被恒定地保持在期望的尺寸。
这应用于“固态”未膨胀产品的生产中，其中希望避免膨胀；特别是在生产膨胀产品的过程中，其中产品的尺寸比喷嘴孔大；其目的是相对于喷嘴尺寸获得一个特定的尺寸增加。
现在存在的问题主要是膨胀产品的制造，其中膨胀的目的是确保特定的性能，例如粘度(喂鱼食品)，下沉特性(特别是喂鱼食品的缓慢下沉速度)，吸水特性(喂鱼食品、宠物食品、食品)，较低的恒定特殊密度(宠物食品、快餐、早餐食品)，恒定的易碎性(喂鱼食品、宠物食品、食品)，恒定的物理形状(所有产品)。
为确保上述膨胀时的恒定性/可控制性，在所有挤压***中产生了大量的问题。在挤压工厂中压制产品的膨胀程度取决于下述条件：
原料的成分，
原料的特性/质量，
挤压工艺参数：
            各成分的剂量：
                       粉状混合物，
                       液体，
                       蒸汽，
              螺杆/衬套的冷却/加热，
              螺杆输送机的旋转速度，
挤压机的螺杆输送机的构形，
挤压机喷嘴的构形，
加工部件的磨损状态。
特别是原料的变化、挤压机的螺杆输送机和衬套的磨损状态使得生产变化并难以预计。
根据导致产品变化的条件，确保(通过自动工艺控制和调节或手动)成品对应于具有合理公差的产品规格特别困难。
在挤压过程中，如上所述包含淀粉原料的产品将，作为100℃-200℃的加工温度、10-35％H2O的湿度、挤压机螺杆中2-80巴的压力的结果，通常将胶化和转换成塑性/弹性液体形式。
在通过螺杆挤压机喷嘴结构时，产品将从加工压力(2-80巴)移动到大气压力，在此产品被切割成所需长度。穿过喷嘴板的压力降和产品能量导致产品所含的一部分水在挤压机喷嘴的开口中瞬间汽化。水的汽化在塑性/弹性物质中形成了蒸汽穴，由此产品膨胀。由于瞬间汽化带来的温度降导致了产品硬化成永久的坚实物理形状。
产品的膨胀通常停止于，
当蒸汽穴中的蒸汽压力相对于物质的弹性获得一个平衡时，
和/或作为汽化时包含的能量消耗的结果，导致温度降低到对应于物质的沸点的温度，蒸汽的进一步扩展停止，
和/或当作为内部蒸汽压力的结果、所有的蒸汽穴的壁破裂时，蒸汽穴中的压力恢复正常，于是进一步膨胀的驱动力消失。
发明内容
众所周知，在所有已知的用于生产饲料、食品等的挤压***中，挤压工艺的喷嘴和切割***在不变的压力下操作。所述压力通常是大气压力或者稍微小于由相关吸气***或气动传送***产生的压力。
为了克服或减小上述膨胀控制问题，本发明已经发现，比较有利的是在喷嘴板的出口侧的一个压力腔中进行挤压，产品在该压力腔中成形、切割并且在被排放到大气压中之前稳定到永久形状(膨胀程度)。通过调整压力腔的工作压力，可以调整在喷嘴结构的嘴部中物质的沸点，由此可以控制由于挤压带来的蒸汽的扩展。这就提供了一种可能性，即能够控制导致产品膨胀的驱动力。
根据本发明，所提供的新方法能够用来优化各种类型的挤压机(单螺杆、双螺杆、干挤压机、具有/没有预处理的蒸煮挤压机(cookingextruder))的产品中的膨胀程度和毛细结构。
本发明使之有可能在挤压过程中使用原材料，这在当今一直被避免，因为与原材料相关存在着控制问题。
这种状况导致对缺乏的原料/昂贵的成分较小的需要，并且在营养/成本的评价的基础上在更大的程度上包括收入(原料成分)的可能性，而较少从挤压的观点考虑收入/原料的性能。
根据本发明，所述方法使之有可能增加挤压机的能力，该挤压机安装有这种装置，因为许多设备的实际利用能力现在受到了产品的物理形状的可控制性的极限的限制。
附图说明
如附图所示，本发明涉及一种方法和一个完整的设备和能够组合到现有挤压机中的组件，所述附图是表示本发明的一个实施例的示意图。
具体实施方式
图左表示一个挤压机2，该挤压机具有用于材料的供料漏斗或者管道4和一个挤压螺杆6。所述材料用来形成预定的颗粒产品。所述挤压螺杆6用来将材料向前输送到带有喷嘴通道10的一个喷嘴单元8，材料通过所述喷嘴通道10以细线的形式被挤压出。以类似于一个绞肉机的方式，在喷嘴单元8的前面设有一个旋转切刀12，所述旋转切刀12被一个电机14驱动，结果是所述细线被连续地切割成小球/颗粒，后者可以简单地落入合适的收集装置或者传送装置。
根据本发明，与喷嘴单元8的出口端相对有一个箱件16，所述箱件16与喷嘴单元的边缘以紧配合的方式连接，并且所述箱件16还具有一个用于电机14的驱动轴的紧配合套筒18。箱件16还具有一个底部件，所述底部件为一个带有冲流槽22的旋转冲流轮(rotatingsluice wheel)20，在此所述箱件也被紧密地封闭。所述箱件由此向下延伸形成一个材料的排放管24，材料通过所述冲流槽22的旋转离开箱件16。
所述箱件16构成了一个压力腔，其中作为离开喷嘴单元8的材料发出的蒸汽的结果，累积了一定的过压，这可以借助一个压力调节阀28通过排出而得以控制，并可以通过一个压力传感器30而被监测。可以通过用于压缩空气或蒸汽的一个阀31，例如在开始阶段，进行单独的压力供应。可能的冷凝物将被颗粒产品吸收，然后被随后产品的干燥去除。从压力调节阀28逸出的蒸汽能被用于各种加热目的。
增加的压力将只用于或主要用于在产品离开喷嘴单元8的阶段提高产品所含水的沸点，并且以此为目的，在压力间隔约为1/2-6巴的范围内操作是可行和足够的。
在冲流轮的下方，或甚至基本在其上方，可以设置一个取样器32，所述取样器32使之可以连续控制所生产的产品，包括作为产品膨胀程度的函数的产品特定的重量。当然也可以在喷嘴单元8前面使用已知的技术进行相应的监督来调节一定的工艺参数，但是在本发明中，可以利用另一个特别重要的参数，即，压力腔16中的压力进行工作。这个参数可以利用最小的时间差进行控制，所述时间差是一个确定的调节要求和相关调节的执行之间的时间差。
显然，本发明将不限于所示实施例，例如，可以使用一个相对较大的压力腔16，其中能够聚集一批排放材料。所述材料可以不使用任何特定形式的排放冲流而移走，但可能是在挤压机2、6短暂的停止期间。
根据本发明的方法能够基于给定工艺的工作，所述工艺用相应的手动调节参数来执行，还包括用于压力腔16中的压力；但是所述工作自然也能够通过选择给定的产品、用各种程度的自动控制来完成。可以理解，在这种控制***中，检测到的压力腔中的压力或者温度的变化总计成非常快的动作控制参数。
需要提到的是，可以在压力腔16中设置装置来防止下降的颗粒在底部堆积在一起，从而在其成形后被给予更好的时间来在自由状态稳定，例如通过沿一个倾斜板***以薄层的形式滑下。
已经发现，如果压力腔设计成在6巴的最大压力工作是完全足够的，即，很少将它设计成承受更高的压力。可以理解，本发明基本上不直接限制于任何特定的最大压力。
一直到很高的经验达到之前，建议进行试运行来确定用于各种新产品的压力腔中期望的工作压力，只是对于特定的产品性能通常需要确定其它的相关参数。
作为一个例子，希望确定在模板中通过3.15mm孔挤出的基于22％小麦配方的喂鱼丸的下沉能力。在不同相对压力下生产较少数量的喂鱼丸，每一组25颗进行测量，毛重，并且测试漂浮特性得到了下述结果：
    压力，巴     0     0.3     1.75
    喂鱼丸平均宽度     48mm     43     42
    标准偏差     2.5     1.4     0.9
    喂鱼丸平均长度     43     45     45
    标准偏差     1.6     1.8     3.3
    散装重量     526g/l     626     665
    漂浮特性
    4％的盐     100％     14％     0％
    10％的盐     98％     40％     2.5％

Claims (10)

1.挤压设备，特别是用于制造下述这种产品的挤压设备，在产品通过挤压喷嘴(10)之后，释放压力，通过内部水的沸腾，所述产品通过相关工艺加热膨胀，所述产品例如食品或者饲料，所述设备包括一个喷嘴单元(8)和用于挤压产品材料、使之从喷嘴出去的装置(2、6)，其特征在于，在喷嘴单元(8)的排放侧有一个压力腔室(16)，所述腔室用于临时接收从喷嘴单元(8)直接出来的产品，所述压力腔室(16)与压力调节装置(28、31)相连以用来在所述腔室(16)中保持需要的、可调节的压力。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压力调节装置(28、31)基本包括一个受控制的排汽阀(28)以便压力的积累在适当的程度，所述压力已经由从挤制产品散发的蒸汽产生。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述压力调节装置(28、31)还包括一个压力控制阀(31)，所述压力控制阀用来将压缩空气供应到压力腔(16)。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压力调节装置(28、31)设置用来在压力腔(16)中保持1/2-6巴的压力。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压力腔室(16)用于连续地操作，其设有一个冲出结构(20、22)用来连续地排放挤制产品。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压力腔室(16)用于断续地操作，即通过简单地向大气开口而连续地排放大量的、挤制产品的聚集部分。
7.内建在一挤压设备中的组件，其特征在于，所述组件包括一个腔室部件(16)，用于以紧配合的方式安装在喷嘴装置(8)的排放侧，所述腔室部件(16)包括一个用于蒸汽的排汽阀(28)和用于送出产品的装置(20、22)。
8.一种挤压下述这种产品的方法，在产品通过挤压喷嘴(10)之后，释放压力，通过内部水的沸腾使所述产品通过相关工艺加热膨胀，其特征在于，在挤压进入一个压力腔室(16)中时，在所述腔室中保持一受控制的压力，所述压力用于有效地控制所述内部沸腾的温度，所述压力优选为1/2-6巴的过压。
9.根据权利要求8所述的一种方法，其特征在于，在所述压力腔(16)中的一个过压主要通过一个被控制的从挤制产品产生的蒸汽的出口而进行控制。
10.根据权利要求8所述的一种方法，其特征在于，挤压连续地进行，并且所述产品通过一个冲出结构(20、22)被即时排出，或者，挤压断续地进行，并且所述产品从压力腔室(16)分批地被排出。
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