JP2617492B2 - 食料品の押出し方法及び装置 - Google Patents

食料品の押出し方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、食料品の押出し方法及び装置に関するもの
である。
従来技術 この形式の方法および装置では、剪断力を作用させる
ことにより澱粉、蛋白質等の生物高分子物質を数秒間煮
沸し、膨張させて発泡構造とする。
ドイツ特許公開第3341090号公報からは、澱粉キャリ
ヤーと蛋白質から食品を押し出す方法が知られている。
この方法では、押出し装置の搬送経路の入口で水が流量
調整装置により配量されて供給される。しかし水の配量
は、ある一定の含水量を調整するという観点で行われ
る。
米国特許第3711296号公報からは、原料の自然のまま
含水量を適当に水を加えることによって増大させること
が知られている。押出し機のスクリューの回転数を変化
させることによって、押出しに必要な可塑化を生じさせ
る圧力条件と温度条件を調整する方法が適用されてい
る。さらにこの公報からは、押出し機の後半に蒸発区帯
を設け、或いはこれに加えて押出し機に沿って蒸気の抜
取り部を設けることが知られている。この抜取り部を設
ける目的は、可塑化の間に放出される蒸気をできるだけ
完全に離隔させることにある。
前述した方法の基本的な問題は、生物高分子物質より
なる原料の含水量が大きく変動するばかりでなく、原料
に含まれる脂肪及び繊維も大きく変動し、それによって
製品の品質、例えば硬度、密度、水溶性、粘性、色、味
が変わることである。この場合、個々の要素の配量にも
変動が生じ、搬送過程では原料の温度も変動するのが欠
点である。
目的 本発明の目的は、この種の変動しやすい多くの影響に
関係なく一定の品質を有する製品が得られるようにこの
種の影響を補償することができるような方法及び装置を
提供することである。
構成及び効果 本発明は、上記目的を達成するため、方法に関して
は、押出し機の軸回転数を一定にさせた状態で軸の駆動
源によって与えられる駆動出力を測定し、供給された原
料の処理量を測定し、駆動出力と処理量の商をコンピュ
ータで算出し、算出された比エネルギーを調整量として
調整装置に送り、調整装置は、該調整装置により押出し
機の混合区帯への水の供給及び／または蒸気の供給が影
響を受けるように、所定の基準値に応じて比エネルギー
を一定に保持することを特徴とし、装置に関しては、電
気的駆動源の入力を測定するための装置と、原料の処理
量を決定するための装置と、供給された水及び／または
蒸気を可変に配量するための装置と、原料の処理量を決
定するための装置及び電気的駆動源の入力を測定するた
めの装置と接続されているコンピュータとを有し、該コ
ンピュータが調整装置と接続され、該調整装置の出力
は、水及び／または蒸気を配量可能に供給するための装
置の調整装置と接続されていることを特徴とするもので
ある。さらに装置に関しては、押出し機のノズルの前方
領域に設けられる原料の温度を検出するための測定装置
と、可塑化区帯の後方領域に設けられ蒸気絞り弁を具備
する蒸気抜取り管とを有し、温度測定装置が調整装置の
入力と接続され、該調整装置の出力が蒸気絞り弁と接続
されていることを特徴とするものである。
本発明は、煮沸区帯および押出し区帯において剪断と
熱の搬送とによって生物高分子物質を化学的に且つ物理
学的に調整することにより、すべての最終品質パラメー
タが機械的なエネルギーの供給と、押出し機内での滞留
時間と、押出し機に沿った製品温度プロフィールとに依
存するという認識に基づくものである。これに対応し
て、滞留時間を所望通りに一定に分割することにより、
スクリューの回転数と生物高分子物質の質量流が一定に
保持され、押出しノズル前方での圧力状態が可能な限り
一定に保持される。
この場合機械的な比エネルギーの供給は、純駆動出力
と全質量流との商として決定されている。ゴムとプラス
チックの分野では、導入される比エネルギーを回転数を
介して制御して一定の分散品質を得るようにすることが
知られている。さらにゴムとプラスチックの分野では、
ハウジングの温度を調整することにより温度に影響を与
えることが知られている。煮沸区帯および押出し区帯で
は、すでに説明したように、滞留時間を一定にすること
が望まれているので、回転数を介して比エネルギーの導
入を一定にすることは不可能である。さらに煮沸区帯お
よび押出し区帯では、高温での滞留時間が短く、従って
ハウジングの温度調整は間欠的な影響をもっているにす
ぎない。
本発明による方法の特徴は、煮沸区帯および押出し区
帯における比エネルギーの導入が測定され、それによっ
て比エネルギーが一定に保持されること、水の配量が変
化すること、即ち蒸気の供給が調整されることである。
これによって製品の湿度の変動が完全に調整され、製
品の脂肪分、糖分、繊維成分の変動が正確に調整され
る。即ち本発明の技術思想は、押出し機内の製品の湿度
を介して比エネルギーを一定に保持することにある。調
整は、０乃至50％の含水量で行うことができる。
最も簡単には、特許請求の範囲第２項にしたがって水
の供給を調整することによって比エネルギーを一定に保
持することができる。この種の調整では、押出し機の製
品の温度はあまり影響を受けない。このような温度の影
響は、蒸気の供給或いは抜取りと平行して生じる。
特許請求の範囲第３項にしたがって、生じる変動の大
部分を補償させる調整を重畳させることによって、製品
の品質を一定にすることができる。
蒸気の供給及び抜取りは、特許請求の範囲第４項にし
たがって有利に行われる。
押出し機の適当な位置で蒸気の供給と抜取りを行いな
がら蒸気の調整を重畳させることにより、製品の温度プ
ロフィールを一定に保持させることができ、特に温度が
最も高い位置で、通常はノズル前方で一定に保持させる
ことができる。
煮沸区帯での最後の３秒間は、押出し物の熱的な変化
と損傷が生じるかどうかを決定する。調整は、50mbar乃
至20barで行われる。
本発明にしたがってエネルギーと温度に関して調整す
ることにより、押出し機内での製品の湿度が、従って粘
性を介してノズル圧の損失が変化する。これによって、
圧力をもった逆流動と滞留時間の分配とが不都合に変化
する場合がある。それ故これらのパラメータを一定に保
持するため、特許請求の範囲第５項にしたがって製品の
機械的な絞りに関する調整を行うことができる。
本発明による調整過程を支援し、所望の温度プロフィ
ールを得るため、特許請求の範囲第６項にしたがって、
ハウジングの表面を部分的に温度調整することができ
る。
特許請求の範囲第７項から第14項までは、本発明によ
る方法を実施するための装置に関するものである。特許
請求の範囲第７項は、水の供給を調整する調整回路に関
するもので、特許請求の範囲第11項は、調整可能な蒸気
抜取り或いは調整可能な蒸気供給に関するものであり、
特許請求の範囲第12項は、ノズル圧の調整に関するもの
である。それぞれに従属する従属項は、有利な構成を与
えるものである。
上記の３つの調整回路を互いに重畳させ、１つの共通
のコンピュータとを介して連動させるのが有利である。
製品に機械的な影響と指数関数的な熱的な影響を与える
ことに基づいて水の供給を調整することには重要な意味
がある。上記の抜取りと供給に関する調整は、指数関数
的な熱的な影響にすぎないのでそれ自体はあまり重要で
ない。最も影響力が少ないのは、即ち実際の多くの適用
例で省くことができるものは、ノズル前方で絞りを可変
に調整する作業である。なぜなら、ノズルは線形的な熱
的な影響を受けているにすぎないからである。
実例例 次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明す
る。
図面に図示した押出し機１は、食料品の搬送方向（矢
印２）に順次混合区帯３と、逆送要素５を具備した可塑
化区帯４と、煮沸区帯６と、押出し区帯７とを有してい
る。押出し区帯７には押出しノズル８が接続している。
２軸スクリュー式押出し機１のスクリュー９は、モー
タ10によって駆動される。入力測定装置11によってモー
タ10の入力Ｎが検知され、中央のコンピュータ12に送ら
れる。押出し機１の入口には食料品配量装置13,14が配
置されている。原料配量装置13,14は、装入口15,16を介
して押出し機１に例えば処理量mZの砂糖、処理量mBの生
物高分子物質等の原料を供給する。さらに押出し機１に
は処理量mWの水が供給される。処理量mZ,mB,mWは中央の
コンピュータ12に送られ、コンピュータ12は、その都度
の駆動出力と関連して、食料品処理量に関連づけられる
導入された比エネルギーＳを式 に基づいて算出する。処理量mZ,mB,mWのディメンション
は単位時間当たりの質量である。
中央のコンピュータ12は、このようにして算出された
比エネルギーＳの実際値を出力する。実際値は、比較装
置17で所定の目標値と比較される。実際値と目標値の差
は、調整装置18の入力のための調整量として用いられ
る。調整装置18の出力は、配水ポンプ20の回転数を調整
するための回転数調整装置19と接続されている。配水ポ
ンプ20は、水を装入口21を介して押出し機１内へ配量す
る。これによって第１の調整回路が形成される。この第
１の調整回路は、配量される水の量を、従って押出し機
に充填された充填物の粘性を変化させることによって、
押出し機１内の混合物のなかに導入される比エネルギー
を所定の目標値Ssollに応じて一定に保持する。
第２の調整回路は、絞り弁37の前方領域に配置される
温度検知装置22によって形成される。温度検知装置22は
測定された温度実際値TIstを比較装置23に送り、該比較
装置23にて温度実際値TIstが所定の温度目標値Tsollと
比較される。温度実際値と温度目標値との差は調整装置
24の入力に送られる。調整装置24の出力を介して上記絞
り弁27或いは28のための調節装置25或いは26が調節され
る。上記絞り弁27或いは28により装入管29と装入口30と
を介して熱い蒸気が可塑化区帯４の前方で噴射される
か、或いは導管31と排出口32とを介して可塑化区帯４の
後方で抜き取られ、このようにして処理される食料品の
温度が一定に保持される。
第３の調整回路は、絞り弁37の前方領域に配置され圧
力の実際値PIstを検出する圧力センサ33によって形成さ
れる。圧力の実際値PIstは比較装置34で圧力の目標値P
sollと比較される。圧力の実際値と目標値との差は、調
整装置35の入力のための調整量として用いられる。調整
装置35の出力は、ノズル８の前方に配置された角度調整
可能な絞り弁37（図面では破線で示した）のための調節
装置36と接続されている。絞り弁37の角度位置に応じて
圧力状態を変化させることができる。
調整装置18,24,35或いは比較装置17,23,24は、図示し
ていないが中央のコンピュータ12と接続され、該コンピ
ュータによって同調して制御される。
次に、上記の３つの調整回路の外乱制御に関して説明
する。
可塑化区帯４と煮沸区帯６の領域には、図式的に示し
たハウジング温度調整装置38或いは39を付加的に設ける
ことができる。このハウジング温度調整装置38或いは39
により所望の温度プロフィールを個々に図示していない
調整装置を介して調整して予め設定することができる。
これまで説明してきた装置は、完全に異なった食料品
を製造するための本発明による方法を適用して使用する
ことができる。例えばこれに関連して朝食用食料品、軽
食用食料品、ペレットから成るフレーク、平たいパン、
原料粉から物理学的に且つ化学的に調整される強度、ス
パイス、セイヨウアブラナ、穀物、組織化された植物の
蛋白質、甘草のエキスとワインゴム、家畜の肥料の発芽
撤去、カゼインからカゼインナートへの反応、カカオの
アルカリ化が挙げられる。
次に特別な適用例として、グラニュール化された軽食
用トウモロコシを考える。
このためには同方向に回転する２軸式押出し機ZSK70
を使用する。この場合スクリューの直径は70mmで、回転
数は200UpMである。トウモロコシ粉の処理量は200kg/h
で、水の添加量は12kg/hである。押出し機の入力は8.5K
Wである。ハウジングの温度は140℃に調整される。比エ
ネルギーの導入は480KJ/kgに設定される。機械的な食料
品絞り装置前方の圧力は73barで、ノズル前方の温度は1
70℃である。
このような基本条件のもとに、種々の外乱が生じた場
合の本発明による装置或いは本発明による方法の対応を
以下に説明する。
例１ スクリューの摩耗は、800時間作動後スクリューの外
径を2mm減少させる。これによって比エネルギーの供給
は50KJ/kgに、圧力は93barに、食料品の温度は170℃に
それぞれ上昇する。この場合本発明によれば、調節量と
しての“水の供給”を１時間当たり2.5リットルに増大
させ、且つ調節量としての機械的な食料品絞り装置の
“絞り位置”を30゜から15゜の開弁角へ減少させること
によって外乱が調整される。
例２ 原料の湿度が2.5％上昇して原料に変化が生じたとす
る。これは１時間当たり５リットルに相当する。この場
合比エネルギーは418KJ/kgに、圧力は55barに、温度は1
61℃にそれぞれ低下する。調整のため調節量としての
“水の供給”を１時間当たり５リットル減少させる。
例３ 原料の脂肪分が２％上昇したとする。これによって比
エネルギーの導入は465KJ/kgに低下し、圧力は77barに
上昇し、温度は168℃に低下する。この場合本発明によ
れば、調節量としての“蒸気の抜取り”を増大させる。
例えば自由貫通穴を20％から36％へ、機械的な食料品絞
り装置の開口角度を30％から53％へ開口させる。この場
合エネルギーの調整は、外乱調整を促進するために一時
的に効力を発揮するにすぎない。その後水の供給は以前
の値へ戻る。
例４ 上記の３つの調節量は互いに重なって生じる。本発明
によれば、３つの調節量を重畳させて調整を行う。この
場合３つの調節量は同時に変化せしめられる。即ち水の
供給利用を１時間当たり2.5リットルだけ減少させ、自
由な貫通穴からの蒸気の抜取りを20％から36％へ増大さ
せ、絞り調整を30゜から38゜へ増大させるようにして変
化せしめられる。
【図面の簡単な説明】
添付の図面は、本発明にしたがって設けられる測定回路
と調整回路を備えた煮沸押出し装置の回路図である。 １……押出し機、３……混合区帯 ４……可塑化区帯、６……煮沸区帯 ７……押出し区帯

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】押出し機に原料と水を供給して混合区帯で
    混合し、剪断エネルギーを与えることによって混合物を
    加熱し、可塑化し、ノズルを通過させた後発泡させる食
    料品の押出し方法において、押出し機の軸回転数を一定
    にさせた状態で軸の駆動源によって与えられる駆動出力
    （Ｎ）を測定し、供給された原料の処理量（ｍ）を測定
    し、駆動出力（Ｎ）と処理量（ｍ）の商を次式 Ｓ＝N/m によりコンピュータで算出し、算出された比エネルギー
    （Ｓ）を調整量として調整装置に送り、調整装置は、該
    調整装置により押出し機の混合区帯への水の供給及び／
    または蒸気の供給が影響を受けるように、所定の基準値
    （Ssoll）に応じて比エネルギーを一定に保持すること
    を特徴とする方法。
  2. 【請求項２】水の供給の調整を、供給ポンプの回転数を
    変えることによって行うことを特徴とする、特許請求の
    範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】水の供給の調整を介して比エネルギーを一
    定に保持する調整に他の調整を重畳させ、該他の調整に
    よって、且つ蒸気の抜取りまたは蒸気の供給を適当に調
    整することによって、食料品の温度を調整することを特
    徴とする、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】調整される蒸気抜取りを可塑化区帯後方の
    領域から行い、且つ調整される蒸気供給を可塑化区帯前
    方の領域で行うことを特徴とする、特許請求の範囲第３
    項に記載の方法。
  5. 【請求項５】押出し機の押出しノズルの前に設けられる
    機械的な原料配量装置前方の圧力を測定し、原料配量装
    置を調整することによって前記圧力を一定に保持するこ
    とを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第４項まで
    のいずれか１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】押出し機のハウジングの一部をハウジング
    の表面を介して温度調整することを特徴とする、特許請
    求の範囲第１項から第５項までのいずれか１つに記載の
    方法。
  7. 【請求項７】押出し機に原料と水を供給して混合区帯で
    混合し、剪断エネルギーを与えることによって混合物を
    加熱し、可塑化し、ノズルを通過させた後発泡させる食
    料品の押出し方法にして、押出し機の軸回転数を一定に
    させた状態で軸の駆動源によって与えられる駆動圧力
    （Ｎ）を測定し、供給された原料の処理量（ｍ）を測定
    し、駆動出力（Ｎ）と処理量（ｍ）の商を次式 Ｓ＝N/m によりコンピュータで算出しコンピュータで算出し、算
    出された比エネルギーを調整量として調整装置に送り、
    調整装置は、該調整装置により押出し機の混合区帯への
    水の供給及び／または蒸気の供給が影響を受けるよう
    に、所定の基準値に応じて比エネルギーを一定に保持す
    る方法を実施するための装置であって、押出し機と、原
    料と水を押出し機の混合区帯に供給するための供給装置
    と、押出し機の軸を駆動するための電気的駆動源とを有
    する装置において、電気的駆動源の入力を測定するため
    の装置と、原料の処理量を決定するための装置と、供給
    された水及び／または蒸気を可変に配量するための装置
    と、原料の処理量を決定するための装置及び電気的駆動
    源の入力を測定するための装置と接続されているコンピ
    ュータとを有し、該コンピュータが調整装置と接続さ
    れ、該調整装置の出力は、水及び／または蒸気を配量可
    能に供給するための装置の調整装置と接続されているこ
    とを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】水を配量可能に且つ調整可能に供給するた
    めの装置が配量ポンプであることを特徴とする、特許請
    求の範囲第７項に記載の装置。
  9. 【請求項９】ノズルの前方領域にして機械的な原料配量
    装置の前方に圧力測定装置が配置され、該圧力測定装置
    が調整装置の入力と接続され、該調整装置の出力が機械
    的な原料配量装置の調整モータと接続されていることを
    特徴とする、特許請求の範囲第７項または第８項に記載
    の装置。
  10. 【請求項１０】調整装置がコンピュータと接続されてい
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第７項から第９項
    までのいずれか１つに記載の装置。
  11. 【請求項１１】押出し機に原料と水を供給して混合区帯
    で混合し、剪断エネルギーを与えることによって混合物
    を加熱し、可塑化し、ノズルを通過させた後発泡させる
    食料品の押出し方法にして、押出し機の軸回転数を一定
    にさせた状態で軸の駆動源によって与えられる駆動出力
    （Ｎ）を測定し、供給された原料の処理量（ｍ）を測定
    し、駆動出力（Ｎ）と処理量（ｍ）の商を次式 Ｓ＝N/m によりコンピュータで算出し、算出された比エネルギー
    を調整量として調整装置に送り、調整装置は、該調整装
    置により押出し機の混合区帯への水の供給及び／または
    蒸気の供給が影響を受けるように、所定の基準値に応じ
    て比エネルギーを一定に保持する方法を実施するための
    装置であって、押出し機と、原料と水を押出し機の混合
    区帯に供給するための供給装置と、押出し機の軸を駆動
    するための電気的駆動源とを有する装置において、押出
    し機のノズルの前方領域に設けられる原料の温度を検出
    するための測定装置と、可塑化区帯の後方領域に設けら
    れ蒸気絞り弁を具備する蒸気抜取り管とを有し、温度測
    定装置が調整装置の入力と接続され、該調整装置の出力
    が蒸気絞り弁と接続されていることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】可塑化区帯の前方領域に、蒸気絞り弁を
    具備する蒸気注入管が配置され、該蒸気注入管が、前記
    温度測定装置の後に配置される調整装置の出力と接続さ
    れていることを特徴とする、特許請求の範囲第11項に記
    載の装置。
  13. 【請求項１３】ノズルの前方領域にして機械的な原料配
    量装置の前方に圧力測定装置が配置され、該圧力測定装
    置が調整装置の入力と接続され、該調整装置の出力が機
    械的な原料配量装置の調整モータと接続されていること
    を特徴とする、特許請求の範囲第11項または第12項に記
    載の装置。
  14. 【請求項１４】調整装置がコンピュータと接続されてい
    ることを特徴とする、特許請求の範囲第11項から第13項
    までのいずれか１つに記載の装置。
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