CN108471801B - 在不使用轧片机的情况下生产片状谷物产品的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种挤出机系统(100),其包括:烹饪挤出机(110),被构造成用以挤出食物材料;模具(300),连接到烹饪挤出机,模具包括一个或多个孔口(200),每个孔口(200)包括:入口,被构造成接纳食物材料;打散筛(210),连接到入口并且包括一个或多个孔;膨胀腔室(220),连接到打散筛(210),其中膨胀腔室(220)具有膨胀腔室横截面积;和出口孔口(230),连接到膨胀腔室(220)并且被构造成输出食物材料,其中出口孔口(230)具有出口孔口横截面积;和切割刀组件(120),连接到所述出口孔口(230),切割刀组件被构造成以一定速率切割食物材料以产生切片厚度,本发明还涉及利用这种挤出机系统(100)生产食物产品的方法。

Description

在不使用轧片机的情况下生产片状谷物产品的设备和方法
相关申请的交叉引用
该PCT申请要求2016年1月18日提交的美国临时申请 62/279,898的优先权,其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及用于在不使用轧片机的情况下生产片状谷物产品的设备和方法。
背景技术
片状谷物产品通常利用旋转炊具通过烹饪粗粒材料(例如玉米粒) 以及水、蒸汽和任选的一种或多种调味料、外观和质地影响成分(例如糖、麦芽提取物和盐)来生产。然后将煮熟的粗粒材料部分干燥。在部分干燥之后,可以任选地对部分干燥的颗粒材料进行回火,这意味着使部分干燥的颗粒材料静置一段时间。然后通过使用轧片机将部分干燥的谷物材料切片成薄片并进行烘烤,其中利用烘烤炉将片状谷物材料进一步干燥并部分变成褐色。
生产片状谷物产品的另一种方法是将碾磨的谷物材料(例如玉米粉或面粉)进给到烹饪挤出机的进给部段,将所述玉米粉或面粉与水、任选的蒸汽和任选的一种或多种其它调味料、外观以及质地影响成分 (如糖和盐)混合,并且烹饪食物材料以至少部分地使烹饪挤出机内的食物材料的淀粉组分凝胶化。然后通过连接的封闭管将烹饪食物材料转移到成形挤出机中,其中将成形挤出机内的烹饪食物材料冷却至低于212℉的温度,通过一个或多个给定形状(优选圆形形状)的模具孔口挤出,并使用切割刀组件切割。然后将切好的食物材料块转移到干燥器中并部分干燥。在它们被部分干燥之后,可以任选地对部分干燥的切割食物材料块进行回火,这意味着使部分干燥的切割食物材料块静置一段时间。然后通过使用轧片机将部分干燥的切割食物块切片成薄片并进行烘烤,其中利用烘烤炉将片状谷物材料进一步干燥并部分变成褐色。
上述方法可任选地通过利用预调节剂在将材料进给到烹饪挤出机中之前将研磨的谷物材料与所有其它上述成分混合来增强。通过仅通过烹饪挤出机进行食物材料的烹饪、冷却和成形,而无需转移到和利用单独的成形挤出机,可以任选地进一步增强上述方法。这可以通过在烹饪挤出机的部段中利用排放口来实现。
上述两种生产片状谷物产品的方法都涉及至少利用四个单元操作,最常见的是利用五个或六个单元操作,以及添加和去除大量水,最常见的是添加水占烹饪食物材料总质量的约27%至35%。上述两种方法还涉及大量的食物材料处理时间,通常涉及总处理时间的至少30分钟,最常见的是约1小时。当在该过程中添加回火步骤时,总处理时间可延长高达总共两小时或更长时间。
在其它例子中,提出了上述两种方法中的第二种方法的简化版本,其中将烹饪的谷物面团冷成形为所需最终薄片产品厚度的切片,从而消除了使用轧片机。然而,这种方法仍然需要以相对高的含水量(20%至30%之间)烹饪谷物材料,通过利用冷成形机或利用具有排放口的冷却部段将烹饪的谷物材料冷却至低于212°F的温度,以避免切片的谷物片膨化,并在烘烤冷成形谷物切片后进行二次干燥步骤,以将成品谷物片的水分降低至通常小于3%的贮存稳定水平。
附图说明
图1是挤出机系统的示意图。
图2是模具的顶部透视图。
图3是模具的分解图。
图4是孔口的顶部透视图。
图5是孔口的底部透视图。
图6是孔口的横截面图。
图7显示了孔口、挤出食物材料、切割食物产品和切割刀的透视图。
图8是最终食物产品的视图。
图9是不使用轧片机生产片状谷物产品的方法。
各附图中的相同附图标记表示相同的元件。
具体实施方式
图1提供了挤出机系统100的示意图。挤出机系统包括烹饪挤出机110、包含一个或多个孔口200的模具300、在孔口200的排出表面上滑过的切割刀组件120、以及烘烤炉130。食物材料140在烹饪挤出机输入端112处输入到挤出机系统100中。食物材料140由单独的或含有淀粉的食物材料的混合物组成,例如与其它调味料、外观和质地影响成分(例如糖和盐)混合的谷物粉。食物材料140被输入到普通的单螺杆、双螺杆或多螺杆烹饪挤出机110的进给部段114中。烹饪挤出机110将含淀粉的食物材料140与水、任选的蒸汽和任选的液体食物材料(例如糖、麦芽提取物、盐和其它调味料、质地和外观影响成分的溶液)混合。烹饪挤出机110在挤出机腔室116内烹饪食物材料140。挤出机腔室116内的食物材料140被加热以至少部分地使食物材料140的淀粉组分凝胶化。在一些示例中,挤出机腔室116内的食物材料140的总水分在15%至20%之间。直接膨胀、膨化谷物和零食产品的典型范围为15%至20%。烹饪的食物材料140通过喷嘴118 挤出。喷嘴118用于将食物材料140引向包含一个或多个特别设计的孔口200的模具300。喷嘴118包括第一流动通道126,该第一流动通道将食物材料140引向模具300。第一流动通道126或多个第一流动通道126可以由中空护套128围绕,冷却介质(例如液态水)可以通过中空护套128循环。在一些示例中,食物材料140的温度大于212℉,优选地在250℉至350℉之间。孔口200将食物材料140成形并形成为一种或多种中间食物材料,直到获得最终期望形状。在穿过孔口200 之后,挤出食物材料142被切割刀组件120切割。切割刀组件120在孔口200的端部上方驱动切割刀122。切割刀122用于将由孔口200 输出的连续挤出食物材料流切割成较小的块或切割食物产品144。孔口200的形状和尺寸与切割刀组件120移动切割刀122的速率相结合,确定切割食物产品144的尺寸和形状。切割食物产品144传递到烘烤炉130。烘烤炉130可包括传送器132或其它将切割食物产品144运送通过烘烤炉130的装置。适合于烹饪切割食物产品144并将含水量降低至适于保存含水量的任何方法都是可接受的。
图2示出了模具300的透视图。喷嘴118将由烹饪挤出机110加压和加热的食物材料140朝向模具300引导。模具包含多个孔口200,这些孔口由模具前板302和模具后板310封装。模具前板302的形状与喷嘴118的组合将包含在流动通道中的挤出食物材料142引向一个或多个孔口200。在模具300的入口处,食物材料140可以是具有合适含水量的加压液体。
图3示出了包含多个孔口200的模具300的展开图。加压和加热的挤出食物材料142进入包含在模具前板302上的模具输入端口304。模具输入端口将食物材料140引导至一个或多个第二流动通道306。在一些示例中,每个第二流动通道306具有比第一流动通道126更大的横截面积,以允许加压和加热的挤出食物材料142稍微膨胀,产生橡胶状稠度。在一些示例中,每个第二流动通道306具有与第一流动通道126大致相同的横截面积。每个第二流动通道306将挤出食物材料142引向包含在第二流动通道306内的孔口200。挤出食物材料142 被引向附接到孔口200的打散筛210。第二流动通道306的尺寸或长度可以适合于允许挤出食物材料142均匀分布在打散筛210的表面上。打散筛210增加了对挤出食物材料142的流动的阻力。挤出食物材料 142穿过打散筛210并进入膨胀腔室220。挤出食物材料142膨胀并呈现橡胶状稠度。在一些示例中,由于膨胀腔室220内的挤出食物材料 142的压力变化,挤出食物材料142中包含的水分引起挤出食物材料 142的膨胀。膨胀腔室220内的挤出食物材料142的压力可以低于挤出食物材料142的蒸汽压力。已经在膨胀腔室220中膨胀的挤出食物材料142被边缘232再压缩以离开出口孔口230。边缘232和出口孔口230增加了挤出食物材料142的拖曳和压缩,防止挤出食物材料142 中包含的水分破裂并形成开口单元结构,而是保持为闭口单元结构。
挤出食物材料142可以离开包含在模具后板310内的出口孔口230。
挤出食物材料142被切割刀122切割成薄片,从而产生切割食物产品。切割刀122由切割刀组件120驱动,并且可以以一定速率驱动切割刀 122,以确保形成闭口单元切割食物产品。切割刀122的速率可取决于基于由烹饪挤出机110输入的压力和材料而离开出口孔口230的挤出食物材料142的速度。切割刀122的速率可以基于挤出食物材料142 中包含的水分气泡而变化,以确保闭口单元结构外观。
图4示出了孔口200的顶部透视图。在食物材料140的入口202 处,孔口200包括打散筛210。打散筛210可以等于或不同于模具300 的第二流动通道306的直径。打散筛210包括多个孔212。多个孔212 可以是多种图案。在一些示例中,打散筛210的直径大于流过第二流动通道306的食物材料140的流动模式的直径。打散筛210可以安装在第二流动通道306内,该第二流动通道的直径等于打散筛210的直径,但是大于第一流动通道126的直径,相对于第一流动通道126的端部的安装距离允许食物材料140在打散筛210的整个表面上展开。打散筛210的孔212的样式可以是多个大小相等的圆孔,不同尺寸的孔212的组合,形状与圆孔不同的孔212,或者具有任何几何形状的孔212的组合。在一些示例中,打散筛210中的所有孔212的孔横截面积214小于跟随打散筛210的膨胀腔室220的膨胀腔室横截面积224。孔212和打散筛210的至少一个目的是提供对烹饪食物材料140的流动的阻力,以允许烹饪食物材料140保持高于与食物材料140进入孔口200之前的烹饪食物材料140的温度相关的蒸汽压的压力。这确保了食物材料140内的水分保持在液态并且可以在处于打散筛210之前的第二流动通道306中帮助防止食物材料140过早膨化。当烹饪食物材料140仍然在第一流动通道126和第二流动通道306内时,烹饪食物材料140的压力通常在约100PSI(磅/平方英寸)至约2500PSI之间。打散筛210允许加压的烹饪食物材料140经历压力突然下降到低于蒸汽压,以允许烹饪食物材料140内的一部分水立即蒸发并膨化烹饪食物材料140。
图6示出了孔口200的横截面视图。在打散筛210之后,孔口200 包括膨胀腔室220。在一些示例中,膨胀腔室220的直径222类似于打散筛210的直径。膨胀腔室220的长度使得离开打散筛210的孔212 的各个食物材料流具有至少足够的时间彼此接触并在它们穿过孔口 200的出口孔口230之前粘在一起。在一些示例中,膨胀腔室的长度足够长以允许食物材料140内的一部分水分立即蒸发并膨化食物材料140。膨胀腔室220的长度取决于原料的特性、食物材料140暴露于烹饪挤出机110内的烹饪条件、以及出口孔口230的几何形状,并且可以针对每个期望的成品食物产品146进行优化。
图5示出了孔口200的底部透视图。在孔口200的膨胀腔室220 之后,包括围绕出口孔口230的边缘232。出口孔口230的横截面积小于膨胀腔室220的横截面积。出口孔口230的形状可以类似于膨胀腔室220的形状,或者可以与膨胀腔室220的形状不同。边缘232的形状决定了成品食物产品146块的轮廓形状。形成出口孔口230的边缘232的至少一个期望形状是看起来像变形椭圆形的椭圆形,类似于通常利用轧片机产生的形状。在具有多个孔口的装置中,每个出口孔口230的边缘232可以是不同的,使得成品食物产品146的大部分看起来像片状谷物片的随机混合物。在挤出食物材料142在膨胀腔室220 中膨胀之后,边缘232重新压缩挤出食物材料142,从而允许挤出食物材料142内的蒸汽填充的泡的尺寸减小。出口孔口230和边缘232 还用于形成挤出食物材料142的离开打散筛210并包含在膨胀腔室 220内的结合质量。具有太大出口孔口横截面积236的出口孔口230 可能导致成品食物产品146具有类似于切片面包的开口单元结构,或者可能导致成品食物产品146的未结合质量的释放,该未结合质量易于碎裂成与谷物片外观不相似的较小块。在离开出口孔口230时,挤出食物材料142可以经历二次膨胀,因为挤出食物材料142内的压缩气泡减压并形成膨胀的泡沫食物绳状物。
图7示出了孔口200、挤出食物材料142、切割食物产品144和切割刀122的透视图。挤出食物材料142在减压后离开出口孔口230,并且切割刀122将挤出食物材料142切成薄片,薄片的厚度与从轧片机中释放出来的谷物片的厚度相似或略厚,以形成切割食物产品144。切割刀122可以是通常用于生产挤出膨化或未膨化谷物或零食物品的任何切割器。切割刀122应以一定速度切割,使得切割食物产品144 的厚度导致切片厚度238小于在挤出食物材料142穿过孔口200之后的挤出食物材料内的气泡直径。当切割刀122以将从出口孔口230释放的食物材料140切成与常规生产的谷物片相似或略厚的切片厚度 238的速度操作时,切割食物产品144不像对于大多数其它挤出烹饪谷物基食物材料(例如挤出膨化谷物)而言典型的海绵或开口单元结构。与挤出膨化谷物或其它挤出烹饪谷物(其通常以产生单个食物块的速度切割,所述单个食物块的厚度至少是切片厚度238的两倍)不同,切割食物产品和成品食物产品146保持闭口单元结构。当食物材料140具有与常规生产的谷物片相等或稍厚的切片厚度238时,切割食物产品144的结构不类似于海绵的结构。相反,切割食物产品144 的结构类似于常规生产的谷物片的结构,并且可以是具有闭口单元的。令人惊讶的是,挤出食物材料142的导致切片厚度238约为常规薄片谷物的切片,也导致切片厚度238小于挤出食物材料穿过出口孔口230 后挤出食物材料142内的气泡直径。将切割食物产品144切片刀小于食物材料140内的气泡尺寸的切片厚度238可以防止切割食物产品 144类似于大多数常规生产的膨化谷物或零食的典型海绵状结构。在通过切割刀122切割之后,切割食物产品具有小于约20%的含水量,优选地含水量为约14%至约17%。切割食物产品144的较低含水量允许切割食物产品直接进给到通常用于生产常规谷物片的烘烤炉130中,而没有当切割食物产品的含水量超过约20%时可能发生的在烘烤炉 130内部经历进入起泡的风险。烘烤炉将切割食物产品144的水分降低至期望的贮存含水量,通常小于约3%,而不需要额外的干燥步骤,从而得到如图8所示的成品食物产品146。通过将切割食物产品144 以约350至约500华氏度的内部温度进给到烘烤炉130中,可以将成品食物产品146的容积密度降低至低于切割食物产品144的容积密度。
图9示出了用于在不使用轧片机的情况下生产片状谷物产品的方法900。在方框902处,方法900包括将食物材料140进给到烹饪挤出机110的进给部段114中。食物材料140是单独的或含淀粉食物材料的混合物,例如任选地与一种或多种其它调味料、外观和质地影响成分(例如糖和盐)混合的谷物粉。食物材料140可以通过普通的单螺杆、双螺杆或多螺杆烹饪挤出机通过进给部段114挤出。在方框904 处,方法900包括利用烹饪挤出机110将食物材料140与水混合。在方框906处,方法900包括利用烹饪挤出机110加热食物材料140。烹饪挤出机110可以将食物材料140与水混合以在食物材料140内产生期望的含水量。烹饪挤出机110可以将食物材料140和水的混合物加热到期望的烹饪温度,以便至少部分地使食物材料140的淀粉组分凝胶化。烹饪挤出机110具有改变食物材料140被加热到的时间和温度的能力。在方框908处,方法900包括将食物材料140通过孔口200 挤出。孔口200包括被构造成接纳食物材料140的入口202、连接到入口202并且包括一个或多个孔212的打散筛210、以及连接到打散筛210的膨胀腔室220。膨胀腔室220具有代表膨胀腔室220的横截面积的膨胀腔室横截面积224。孔口200还包括连接到膨胀腔室220 的出口孔口230,出口孔口230被构造成输出食物材料140或输出挤出食物材料142。出口孔口230具有出口孔口横截面积236。食物材料 140进入孔口200并遇到来自打散筛210的阻力。打散筛210允许食物材料140经历压力突然下降到低于食物材料140的蒸汽压,以允许包含在食物材料140内的一些水蒸发,从而降低食物材料140的总含水量。膨胀腔室220继续允许食物材料140膨胀,同时还允许食物材料140彼此接触并重新连接以形成半均匀食物材料140的时间。出口孔口230包括出口孔口横截面积236,出口孔口横截面积236小于膨胀腔室横截面积224。膨胀腔室220和出口孔口230之间的横截面积的减小使膨胀腔室220中的膨胀的食物材料140再压缩,有助于形成结合的食物材料140或挤出食物材料142。该减小还降低了食物材料 140中包含的蒸汽填充气泡的尺寸。出口孔口230的边缘232的形状决定了挤出食物材料142和成品食物产品146的形状。在方框910处,方法900包括利用切割刀组件120将挤出食物材料142切片。切割刀组件120移动切割刀122以将挤出食物产品切割成切割食物产品144。切割刀组件120可切割挤出食物材料142,使得切片厚度238小于挤出食物材料142内包含的蒸汽气泡的直径。在方框912,该方法包括利用烘烤炉130烘烤切片的挤出食物材料142。烘烤炉130减少切割食物产品144中的剩余水分以产生成品食物产品146。在一些实例中,切割食物产品144的水分降低至通常小于约3%的贮存含水量。在至少一个示例中,烘烤炉130可以在约350至约500华氏度之间的温度下加热切割食物产品144。在一些示例中,烘烤炉130将切割食物产品烹饪约2至约10分钟。
在至少一个示例中,出口孔口横截面积236小于膨胀腔室横截面积224。打散筛210包括具有孔横截面积214的孔212,并且孔横截面积214可以小于膨胀腔室横截面积224。切割刀组件120可以以一定速率切割挤出食物材料142,使得切片厚度238大致小于食物材料140 或挤出食物材料142内的一个或多个蒸汽气泡的尺寸。利用烹饪挤出机110加热食物材料140可以进一步包括利用烹饪挤出机110将食物材料140加热至大于约212华氏度的温度。食物材料140或挤出食物材料142可以由烹饪挤出机110加热,使得食物材料在约250华氏度至约350华氏度之间的温度下离开出口孔口。烹饪挤出机110可以将食物材料与液体食物材料混合。液体食物材料可包括以下中的一种或多种:糖、麦芽提取物、盐或其它调味料的溶液。食物材料140可包括表示食物材料中含有的水分百分比的含水量。含水量可通过体积、质量、重量或任何其它合适的方法确定。在至少一个实例中,含水量由质量决定。当食物材料在孔口200之前处于进给部段114、挤出机腔室116、喷嘴118和/或第一流动通道126内时,可以确定食物材料 140的含水量。食物材料140的含水量也可以在孔口200的入口202 处确定。含水量可以大致小于20%,并且可以大致在14%至17%之间。
已经描述了许多实施方式。然而,应该理解,在不脱离本公开的精神和范围的情况下,可以进行各种修改。因此,其它实施方式在以下权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种包括烹饪挤出机、食物材料和具有切片厚度的挤出食物材料的系统,所述系统包括:
食物材料;
烹饪挤出机,所述烹饪挤出机被构造成用以将食物材料挤出成具有切片厚度的挤出食物材料;
模具,所述模具连接到所述烹饪挤出机,所述模具包括一个或多个孔口;每个孔口包括:
入口,所述入口被构造成接纳食物材料;
打散筛,所述打散筛连接到所述入口并且包括一个或多个孔;
膨胀腔室,所述膨胀腔室连接到所述打散筛,其中所述膨胀腔室具有膨胀腔室横截面积;
出口孔口,所述出口孔口连接到所述膨胀腔室并且被构造成输出食物材料,其中所述出口孔口具有出口孔口横截面积;
切割刀组件,所述切割刀组件连接到所述出口孔口,所述切割刀组件被构造成以一定速率切割食物材料以产生所述切片厚度,其中所述切割刀组件以一定速率切割食物材料以使得所述切片厚度小于食物材料内的一个或多个蒸汽气泡的直径;以及
从所述烹饪挤出机挤出和切割成的切片食物材料,其中所述切片食物材料的厚度小于食物材料内的蒸汽气泡的直径。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述出口孔口横截面积小于所述膨胀腔室横截面积。
3.根据权利要求1所述的系统,其中所述一个或多个孔包括孔横截面积,并且所述打散筛中所有孔的组合的孔横截面积小于所述膨胀腔室横截面积。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述烹饪挤出机将食物材料加热到大于212华氏度的温度。
5.根据权利要求1所述的系统,其中食物材料在250华氏度至350华氏度之间的温度下从所述出口孔口输出。
6.根据权利要求1所述的系统,其中所述烹饪挤出机将水与食物材料混合,并且食物材料包括含水量。
7.根据权利要求6所述的系统,其中所述含水量小于20%。
8.根据权利要求6所述的系统,其中所述含水量在14%至17%之间。
9.根据权利要求1所述的系统,其中烘烤炉连接到所述烹饪挤出机并且被构造成接纳由所述切割刀组件切割的食物材料。
10.一种用于生产片状谷物产品的方法,其包括:
将食物材料进给到烹饪挤出机的进给部段中;
利用所述烹饪挤出机将食物材料与水混合;
利用所述烹饪挤出机加热食物材料;
通过连接到所述烹饪挤出机的模具挤出食物材料,所述模具包括一个或多个孔口,每个孔口包括:
入口,所述入口被构造成接纳所述食物材料;
打散筛,所述打散筛连接到所述入口并且包括一个或多个孔;
膨胀腔室,所述膨胀腔室连接到所述打散筛,其中所述膨胀腔室具有膨胀腔室横截面积;
出口孔口,所述出口孔口连接到所述膨胀腔室并且被构造成输出食物材料,其中所述出口孔口具有出口孔口横截面积;
利用切割刀组件将挤出食物材料切片,其中所述切割刀组件以一定速率切割挤出食物材料以使得切片厚度小于食物材料内的一个或多个蒸汽气泡的尺寸;以及
利用烘烤炉烘烤切片的挤出食物材料。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述出口孔口横截面积小于所述膨胀腔室横截面积。
12.根据权利要求10所述的方法,其中所述一个或多个孔包括孔横截面积,并且所述孔横截面积小于所述膨胀腔室横截面积。
13.根据权利要求10所述的方法,其中利用所述烹饪挤出机加热食物材料还包括利用所述烹饪挤出机将食物材料加热到大于212华氏度的温度。
14.根据权利要求10所述的方法,其中食物材料在250华氏度至350华氏度之间的温度下从所述出口孔口输出。
15.根据权利要求10所述的方法,其中混合食物材料还包括将液体食物材料与所述食物材料混合。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述液体食物材料包括以下一种或多种:糖或盐的溶液。
17.根据权利要求15所述的方法,其中所述液体食物材料包括麦芽提取物的溶液。
18.根据权利要求10所述的方法,其中食物材料包括当食物材料在所述烹饪挤出机内并且在所述模具之前时确定的含水量。
19.根据权利要求18所述的方法,其中所述含水量小于20%。
20.根据权利要求18所述的方法,其中所述含水量在14%至17%之间。
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