CN111264682A - 一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置及方法，包括挤压机，挤压机的一端连接有用于驱动挤压机的电机，另一端出口连接模具，模具为两端粗中间细的管道，挤压机上部靠近电机的一侧设置有进料口，进料口连接至喂料装置，喂料装置的入口连通至植物蛋白糊，模具的出口连接有反压装置，所述反压装置在压力达到预设阈值时打开，反压装置下部设置产品出口。本发明首次将通入高温高压蒸汽的喷射段的部分设计成了类似“文丘里”管的形状，使喷入的蒸汽能够在模具的狭窄段能够和薄层物料更充分的作用，在模具的宽口段能使物料充分分散，利于物料中有害风味物质的扩散。
Description
技术领域
本发明属于植物组织蛋白制备领域，具体涉及一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置及方法。
背景技术
近年来，随着人们生活水平的提高，人们越来越重视食品的营养和保健。据统计，目前我国居民的饮食中摄入的蛋白质比标准值低17.8％，因此减少热量和脂肪，增加植物蛋白的摄入量是我国居民饮食结构调整的当务之急。
植物蛋白具有价格低廉、生产能力强、能量效率高、几乎不含胆固醇和饱和脂肪酸以及能够增加蛋白质食品的供应等优点，而且与通常的动物饲养和屠宰相比，也减轻了对环境的压力。植物蛋白中含有如异黄酮、皂苷等有降血脂、预防骨质疏松、降血糖、控制体重等效用的植物化学物质，因此是老年人和素食主义者良好的蛋白来源。
植物蛋白的组织化技术是通过物理、化学等方法使植物蛋白质质构化，改变植物蛋白的性质，产生类似于肌肉的纤维结构，改善了植物蛋白的口感，扩大了食品或饲料加工方面应用范围，提高了营养价值。采用高水分植物蛋白组织化技术生产“纤维肉”，不仅能满足人们吃肉的欲望，还可预防多种“富贵病”的发生，在食品生产、消费领域将有很广阔的应用前景。
目前生产组织化蛋白的主要方式是蒸煮挤压法，该方法主要采用挤压设备的方法，在挤压腔中采用130～170℃的高温，再通过冷却口模冷凝得到组织化蛋白。该方法目前生产组织化蛋白品质更好的是高水分的蒸煮挤压法(要求物料的含水量要大于40％)。对挤压设备的要求比较高，一般挤压机挤压腔温度的参数设置，分为几段进行控温，比如挤压腔从喂料口到模头共有4段控温，第一段温度40℃，第二段温度65℃，第三段温度120℃，第四段温度150℃。
第一段和第二段主要是预热阶段，第三和第四段主要起到蒸煮作用。每一段的温度的梯度都很大，尤其是第二段、第三段和第四段，要生产质量好的产品，就要使设定的各段温度保持在一定范围内，尽量越小越好，因此对设备要求较高。并且第一段、第二段主要起预热作用，温度还不能把温度设定过高，一般低于80℃。前两段如果温度过低，如果物料预热不够，不足以使挤压机内温度达到要求的温度条件，物料有可能未能完全熟化，出现夹生状，得到的产品难以形成均匀的质构，且松散易碎，出现“夹生”现象。同时，如果前两段温度设定过高，超过80或者90℃，物料在刚进入挤压腔后就容易开始粘结，出现返料的问题，在喂料口会有蒸汽冒出，是的物料的输送困难。以上的情况会随着水分含量的增加和温度的提高而严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置及方法，以克服现有技术的缺陷，本发明通过蒸汽高温高压作用使蛋白质物料具有更好的质感，并挥发出有害的风味物，同时反压装置的使用可进一步提高组织化的程度。同时本发明首次将通入高温高压蒸汽的喷射段的部分设计成了类似“文丘里”管的形状，使喷入的蒸汽能够在模具的狭窄段能够和薄层物料更充分的作用，在模具的宽口段能使物料充分分散，利于物料中有害风味物质的扩散。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置，包括挤压机，挤压机的一端连接有用于驱动挤压机的电机，另一端出口连接模具，挤压机上部靠近电机的一侧设置有进料口，进料口连接至喂料装置，喂料装置的入口连通至植物蛋白糊，模具的出口连接有反压装置，所述反压装置在压力达到预设阈值时打开，反压装置下部设置产品出口；
所述模具包括两端粗中间细的管道，管道的两端为圆台型结构，中间为圆筒型结构，管道内部设置有成型装置，成型装置的一端为封闭结构，另一端为敞口结构，且成型装置的封闭结构设置在靠近挤压机出口一侧的圆台型结构中，成型装置的敞口结构设置在圆筒型结构中，所述成型装置外壁与管道内壁之间形成均匀的间隙，模具上穿插设置有喷嘴，喷嘴位于模具外侧的一端连通至高温高压蒸汽，另一端设置在成型装置内部，且正对敞口结构的一侧。
进一步地，所述挤压机包括依次串接的第一控温段、第二控温段、第三控温段和第四控温段，进料口位于第一控温段上侧。
进一步地，所述反压装置包括密封外壳，密封外壳中设置有两块平行板，两块平行板之间形成产品通道，产品通道的入口与远离挤压机出口一侧的圆台型结构相连，且产品通道的入口处设置有压力挡板，所述压力挡板在压力达到预设阈值时打开，产品通道的出口即产品出口。
进一步地，两块平行板之间的距离为2-20mm。
一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的方法，包括以下步骤：
步骤一：将植物蛋白质原料和水混合形成含有40％-65％固形物含量的植物蛋白糊，然后通过喂料装置输送到挤压机；
步骤二：植物蛋白糊在挤压机中受到挤压、捏合及混合作用，然后进入模具；
步骤三：进入模具的蛋白质材料通过管道和成型装置之间的间隙，形成管状结构的蛋白质材料，与此同时，通过喷嘴注入高温高压蒸汽，对管状结构的蛋白质材料进行拉伸，向其表面施加外力，将管状结构的蛋白质材料吹成不规则形状的蛋白质材料；
步骤四：不规则形状的蛋白质材料进入反压装置，在反压装置中形成组织化蛋白，由产品出口排出。
进一步地，植物蛋白糊在挤压机中依次经过温度为30～45℃的第一控温段，温度为50～65℃的第二控温段，温度为70～80℃的第三控温段以及温度为90～110℃的第四控温段。
进一步地，高温高压蒸汽的压力为80-160psi，温度为125～220℃。
进一步地，反压装置的预设阈值为40-110psi。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明将不同类型的植物蛋白，比如大豆蛋白、玉米蛋白、谷朊粉等与水混合成类似面团状的混合物——植物蛋白糊，首先通过挤压设备将物料在模具中挤压出管状结构的蛋白质材料，同时通入高温高压蒸汽，此模具的高温高压蒸汽喷射区为类似“文丘里”管的形状，使通入的高温高压蒸汽和形成管状的物料先通过一个狭长区，然后再经过一个扩张口，进一步吹成不规则的形状，最后这些不规则形状的物质在蒸汽作用力再通过一个狭长的具有反压作用的模口，而得到一种具有类似动物肉的组织和口感的蛋白质产品。受到蒸汽高温高压的作用，使蛋白质物料形成更好的质感，并挥发出有害的风味物。同时反压装置的使用可进一步提高组织化的程度，本发明的蒸汽通入方式设计成类似“文丘里管”形状，即两端粗中间细的结构，一方面，蒸汽可以在管路中对挤压物料产生拉伸作用力，同时在管径突然变大时，使得物料进一步破碎分散。
进一步地，本发明高水分蛋白质的熟化和组织化主要在高温高压喷射区，挤压机主要作用使高水分物料在挤压腔中能否进一步混合、预热和成型，并使得生产工艺能够连续化。温度的设置从喂料口到模具采用逐渐梯度升高，温度梯度比较小，且最高温度未超过110℃。不会出现如前所述目前高水分挤压蒸煮组织化蛋白设备的问题。
进一步地，本发明采用的反压装置，一方面可以使高温高压蒸汽的喷社区的压力下降不会太快，使物料能否在模具区保持一定的时间，并在反压装置长的出口段(即长的产品出口)能够进一步使蒸汽对物料产生剪切作用力，使组织化效果更好。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
其中，1、植物蛋白糊；2、挤压机；3、高温高压蒸汽；4、反压装置；5、电机；6、喂料装置；7、进料口；8、模具；9、产品出口；10、喷嘴；11、成型装置；T1、第一控温段；T2、第二控温段；T3、第三控温段；T4、第四控温段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明结构作进一步详细说明：
参见图1，本发明挤压机2为双螺杆咬合结构，螺杆具有输送、混合、捏合物料等作用。在挤压腔中进行了4段控温，会预热到一个相对较低的温度，温度范围在90-110℃；并且控制螺杆较低转速，通常在30-110rpm，目的是不使蛋白质材料发生重要的物理变化，主要作用是使具有较高水分含量的蛋白物料进一步在挤压模具中成型；模具8与挤压机2相连，两者共同作用使蛋白质材料形成具有一定硬度的管状结构。模具8要足够小，保证在压力的作用下能被吹开，既使形成的管状结构尽量薄，模具压力(即从挤压机出来进入模具狭窄通道中的压力)范围1000-1400psi，在成型装置11内侧注入高温高压蒸汽3，拉伸管状结构的蛋白质材料，同时在模具内壳上产生外力，使其被吹成不规则的蛋白质材料，不规则的蛋白质材料继而经过模具中部的圆筒型部分，能被保存在此区域内一段时间，直到被气流带出这个区域，在这里受到高温高压气流的作用，使其形成更好的质感，并挥发出有害的风味物质，该处理区采用细长管，然后进入反压装置4，高温高压的蒸汽和物料必须达到一定压力条件下(压力范围为40-110psi)才可以顶开该压力装置，顶开后为2块平行板构成的通道，为了保持一定的压力，2块平行板之间的距离被限定在一定范围内，如2-20毫米以内。
通过该设备制备组织化蛋白的步骤如下：
1.首先将植物蛋白质原料进行粉碎，过60目筛或者60目以上筛，然后植物蛋白质原料和水在混合装置中混合进行调湿处理，形成含有约40％-65％固形物含量的植物蛋白糊1，然后通过喂料系统的螺杆输送到挤压机腔中的螺杆部分。
2.在螺杆的推动作用下，预混合的面团进入挤压设备，挤压腔的温度从喂料口入口到模头共有温度为30-45℃的第一控温段T1，温度为50-65℃的第二控温段T2，温度为70-80℃的第三控温段T3以及温度为90-110℃的第四控温段T4，转速为30-110rpm，使面团在挤压腔中并不发生组织化，主要使其受到挤压、剪切、捏合、混合和成型等作用。
3.模具8与挤压机2的螺旋进给装置相连，两者共同作用使蛋白质材料形成具有一定硬度的管状结构的蛋白质材料。模具中的物料通道的孔径要足够小，保证在蒸汽压力的作用下能被吹开。模具压力范围1000-1400psi，蛋白质材料在成型装置11和模具8的作用下形成管状结构的蛋白质材料，之后通入高压高温蒸汽3。
4.高温高压蒸汽3通过喷嘴10喷射至成型装置11内侧，高温高压蒸汽压力80-160psi，对管状结构的蛋白质材料进行拉伸，向其表面施加外力，将管状结构的蛋白质材料吹成不规则的形状。将高温高压蒸汽喷射的区域设计成类似“文丘里管”的结构，首先在蒸汽的作用下蛋白质进入一个狭窄的区域，该处理区为细长管，使物料在此区域保留一段时间，由于受到蒸汽高温高压的作用，使蛋白质物料形成更好的质感，并挥发出有害的风味物，在此区域的温度范围125-220℃。在直径很小的区域部分可以使高温高压蒸汽产生更高的速度和拉伸强度对管状蛋白进行作用，利于组织化形成，经过喇叭口后，管径突然变化，压力会有所降低，利于组织化蛋白吹成不规则的形状，最后使其进入到反压装置4。
5.最后蛋白质通过一个反压装置4，此装置只有当达到一定压力条件下才会被顶开，反压装置的压力范围为40-110psi，并且只能使物料在一个很窄的通道内通过，在此区域可以使蛋白质二次得到拉伸，最终得到组织化的蛋白。
设备主要原理：经过预混合，含有一定水分的物料，通过喂料装置进入挤压机，在挤压机内受到螺杆的输入、剪切、混合、捏合、加温等作用，逐步形成类似面团的“蛋白质糊状物料”，经过挤压腔，进入到模具中使其形成环状蛋白质薄层逐渐推进，在到达高温高压蒸汽喷射区后，在高温高压蒸汽的作用下使物料处于高温高压的状态之下，随着蒸汽的喷射作用，使蛋白糊逐渐组织化，此阶段中，首先通过挤压设备将物料在模具中挤压出管状结构的蛋白质材料，同时通入高温高压蒸汽，此模具的高温高压蒸汽喷社区为类似“文丘里”管的形状，使通入的高温高压蒸汽和形成管状的物料先通过一个狭长区，然后再经过一个扩张口，进一步吹成不规则的形状，最后这些不规则形状的物质在蒸汽作用力再通过一个狭长的具有反压作用的模口，而得到一种具有类似动物肉的组织和口感的蛋白质产品。并且由于高压超过了挤压温度下的饱和蒸汽压，所以在挤出机内物料中的水分不会沸腾蒸发，在如此的高温下物料呈现出熔融状态。在物料从反压装置的出口挤出时，压力会骤降为常压，物料中水分瞬间闪蒸而散发，会使得物料中带有的一些不好的风味物质比如大豆蛋白中的豆腥味等排出。
Claims (8)
1.一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置，其特征在于，包括挤压机(2)，挤压机(2)的一端连接有用于驱动挤压机(2)的电机(5)，另一端出口连接模具(8)，挤压机(2)上部靠近电机(5)的一侧设置有进料口(7)，进料口(7)连接至喂料装置(6)，喂料装置(6)的入口连通至植物蛋白糊(1)，模具(8)的出口连接有反压装置(4)，所述反压装置(4)在压力达到预设阈值时打开，反压装置(4)下部设置产品出口(9)；
所述模具(8)包括两端粗中间细的管道，管道的两端为圆台型结构，中间为圆筒型结构，管道内部设置有成型装置(11)，成型装置(11)的一端为封闭结构，另一端为敞口结构，且成型装置(11)的封闭结构设置在靠近挤压机出口一侧的圆台型结构中，成型装置(11)的敞口结构设置在圆筒型结构中，所述成型装置(11)外壁与管道内壁之间形成均匀的间隙，模具(8)上穿插设置有喷嘴(10)，喷嘴(10)位于模具(8)外侧的一端连通至高温高压蒸汽(3)，另一端设置在成型装置(11)内部，且正对敞口结构的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置，其特征在于，所述挤压机(2)包括依次串接的第一控温段(T1)、第二控温段(T2)、第三控温段(T3)和第四控温段(T4)，进料口(7)位于第一控温段(T1)上侧。
3.根据权利要求1所述的一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置，其特征在于，所述反压装置(4)包括密封外壳，密封外壳中设置有两块平行板，两块平行板之间形成产品通道，产品通道的入口与远离挤压机出口一侧的圆台型结构相连，且产品通道的入口处设置有压力挡板，所述压力挡板在压力达到预设阈值时打开，产品通道的出口即产品出口(9)。
4.根据权利要求3所述的一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置，其特征在于，两块平行板之间的距离为2-20mm。
5.一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的方法，采用权利要求1所述到的一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将植物蛋白质原料和水混合形成含有40％-65％固形物含量的植物蛋白糊(1)，然后通过喂料装置(6)输送到挤压机(2)；
步骤二：植物蛋白糊(1)在挤压机(2)中受到挤压、捏合及混合作用，然后进入模具(8)；
步骤三：进入模具(8)的蛋白质材料通过管道和成型装置(11)之间的间隙，形成管状结构的蛋白质材料，与此同时，通过喷嘴(10)注入高温高压蒸汽(3)，对管状结构的蛋白质材料进行拉伸，向其表面施加外力，将管状结构的蛋白质材料吹成不规则形状的蛋白质材料；
步骤四：不规则形状的蛋白质材料进入反压装置(4)，在反压装置(4)中形成组织化蛋白，由产品出口(9)排出。
6.根据权利要求5所述的一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的方法，其特征在于，植物蛋白糊(1)在挤压机(2)中依次经过温度为30～45℃的第一控温段(T1)，温度为50～65℃的第二控温段(T2)，温度为70～80℃的第三控温段(T3)以及温度为90～110℃的第四控温段(T4)。
7.根据权利要求5所述的一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的方法，其特征在于，高温高压蒸汽(3)的压力为80-160psi，温度为125～220℃。
8.根据权利要求5所述的一种联合挤压和蒸汽喷射法生产植物组织化蛋白产品的方法，其特征在于，反压装置(4)的预设阈值为40-110psi。
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