CN1193260A - 短长度锥形挤压式烹制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改进的短长度烹制挤压装置(10),它能够达到传统的长筒挤压器的产量和质量。本发明的挤压器(10)包括一相对较短的筒体(14),它具有一入口(18)和一最末端的挤压模(20)。一细长的、带螺纹的、可轴向旋转的螺杆组件(22)位于筒体(14)内,它联接于驱动装置(39,39a),该驱动装置可带动螺杆组件(22)以至少为500rpm的转速旋转。装置(10)可以包括一内部、带孔的限流装置(60,102)为被加工原料提供了一筒体中段的塞满点。另一种挤压器是构造成没有设置筒体中段的限流装置,该挤压器可以在筒体(122)的大部分长度方向上在一基本等于大气压力的压力下工作,但在靠近挤压模的最后管段(134)内有一显著的升压。较佳的是,筒体(14,122)具有一大体为截头圆锥形的构造,其有效长度与最大直径的比值(L/D)至少是大约6。本发明还提供了新颖的挤压工艺和产品,它能在挤压筒内停留时间非常短的情况下,生产处基本上没有氨基酸或维生素等营养成分损失的,和/或致密、高烹制、低水分的饲料产品。也可以设置有或没有中段限流元件(252—256)的双螺杆挤压器(232,232a),这种挤压器包括一带有内锥度的孔(237),以及具有相应锥度的、带有螺纹的、可轴向旋转的螺杆(238,240)。

Description

短长度锥形挤压式烹制装置
                  相关的申请
本申请是1997年5月1日提交的No.08/848,817号专利申请的部分继续申请，08/848,817号专利申请是1996年11月4日提交的No.08/743,561号专利申请的部分继续申请，而08/743,561号专利申请是1996年7月18日提交的No.08/685,893号专利申请的部分继续申请。
                        发明背景1.发明领域
本发明总的涉及一种改进的挤压式烹制装置和方法，其中的挤压器具有极小的长度，从而可以减小设备和维修费用。更具体地说，本发明涉及这样一种装置，其挤压筒的内孔是锥形的，通常为截头圆锥体结构，并且挤压螺杆也呈相应的锥形。在膨化食品的生产过程中，挤压器最好包括能在入口和挤压模之间对原料流加以限制的装置。当需要致密的、完全烹制好的、低水份的消毒食品时，该挤压器在无挤压筒中段限制流动的情况下进行工作，并且该挤压器的工作在挤压筒内紧挨着挤压模处产生高压。根据本发明的挤压装置可以高速地工作，并且基本上可以满足非常大的机器的产量及产品质量的要求。
2.对已有技术的描述
挤压式烹制装置长期以来被广泛应用于食品和其它产品，例如人或动物的食品或饲料。一般说来，这些类型的挤压装置包括一细长的筒体以及一个或多个在该筒体内有螺纹的、轴向旋转挤压的内螺杆。在挤压筒的出口处配备了一个带孔的挤压模。使用时，被加工原料进入并通过挤压筒，并受到较高的温度、压力和剪切力。当原料从挤压模内出来时，它已经被完全烹制好，并且定形，通常可利用一旋转的刀具组件将其细分。美国专利NO.4,763,569、4,118,164和3,117,006中揭示了这种传统类型的挤压装置。
目前最传统的挤压式烹制装置是由一串相互连接在一起的圆筒头或段，以及在这些圆筒段内的一个或多个也是分段并安装在一个或多个动力转轴上的内螺纹杆组成。为了达到所需的烹制程度，已考虑需设置相对较长的圆筒及相关的螺杆。因此，很多高产量的宠物食品机器可具有5至8个圆筒段，其长度可以是螺杆直径的10至20倍左右。可以理解，这样长的挤压器是比较昂贵的，并且存在着需在圆筒内对一个或多个挤压螺杆加以正确支承的问题。然而，已有技术中采用相对较短的挤压器的尝试并不成功，它们会导致烹制不充分和/或产量较低的问题。
近年来，已经有了一些利用挤压设备制作颗粒状食品的尝试。由于借助挤压状态能有效地对产品进行消毒，所以挤压是有利的。然而，利用传统的挤压方法生产的颗粒经常会显得太硬，并且不容易溶解在水中。这种坚硬的颗粒在通过单胃动物的胃之后基本保持原状，没有被消化掉。有关挤压生产的食品的另一个问题是，例如氨基酸和维生素之类的营养成分被大大破坏，并在加工过程中受热变质。另一方面，尽管采用传统的制颗粒机生产出来的产品有着很多较佳的物理和营养性质，但是其受热加工和烹制不充分，因而在这些颗粒产品中仍会残留有害细菌。针对这些问题，建议采用一种双机设备，也就是将一挤压器(有时也称作“膨胀器”)联接于一制颗粒机。于是，初始的原料是在挤压器工位上进行烹制，并借助相连的制颗粒机最后成形。然而，这种双机设备相对较为昂贵，特别是对生产动物饲料而言。
因此，在本技术领域需要有一种低成本、短长度的改进的挤压装置，其产品的产量和质量与传统的长筒型挤压器大致相当。此外，还需要这样一种挤压装置，利用这种挤压装置生产出的产品内的营养成分实际上没有被破坏，并且产品得以很好地烹制，而且具有与那些利用一制颗粒机生产出来的传统食品相类似的较佳的能被消化性质。
                     发明概要
本发明旨在克服上述问题，它提供了一种短长度烹制挤压器和方法，利用这种长度比传统设计短的挤压器以商业上可行的产量获得优质的产品。概括地说，本发明的挤压器包括一通常为管状的筒体，它具有一入口和一出口，并具有一限定了一细长内孔的内表面。该挤压器还包括：一处在所述内孔中的细长的、带螺纹的螺杆组件、用来带动所述螺杆组件沿轴向旋转的装置、以及一设置在所述出口处的带孔的挤压模。本发明的烹制挤压模可以是单螺杆型式，或者可选择为双螺杆型式。
然而，为了实现本发明的目的，还在该挤压器内结合了多个重要特征。因此，较佳的是，筒体的内孔在从入口至挤压的整个长度方向上至少有大约50％是呈大致截头圆锥形的结构，并且其横截面积沿筒体长度总体上逐渐缩小；更好的是，筒体的内孔在从入口至出口的基本整个长度方向上都呈大致截头圆锥形的结构。此外，一个较佳的挤压器实施例，包括一位于筒体中段的对原料的流动起限制作用的结构，它最好是一个带孔的限流装置；这样就产生一中段筒模，它在挤压器的工作过程中产生一原料阻塞区域。在该实施例中，螺杆组件和限流装置是设计成能相互协作，使螺杆组件在限流的上游范围附近的每转一圈的送料量小于在限流下游范围附近每转一圈的送料量。
在为生产致密、高烹制的颗粒饲料产品而特别设计的另一个实施例中，是将挤压器设计成没有中段筒体的限流，但是能在筒体内紧靠挤压模处产生高压。在这种方式下，产品可以非常快速地烹制，并且在形成之后营养成分也基本上没有损失。此外，利用该实施例生产的营养成分具有非常好的吸水和被消化特性。
本发明的挤压筒体通常具有形成内孔的表面，该表面沿其长度方向形成了间隔的、螺旋状凸起部分；这些凸起部分有助于在原料沿挤压器短长度筒体前进时对其加以混合和烹制。这种作用效果可通过相应之螺杆组件的相对较高的转速来加强；实际操作时，该螺杆组件是以至少为500rpm的转速转动，更好的是至少约550rpm，再好些是大约600rpm。转速的最佳范围是大约600-1500rpm。
本发明的短长度挤压器的长度与最大直径的比值可达6，较佳的是大约3-6。因此，根据本发明的装置可以比传统的烹制挤压器低得多的成本来进行生产。此外，维修和零件更换的费用也得以削减。
根据本发明的挤压器和方法特别适用于食品，尤其是动物饲料产品的制备。这些产品可以是各种各样的膨化产品，例如一般的宠物食品，或者是更为致密的颗粒产品。用于膨化或致密产品的初始原料内通常包括大部分的谷物(例如玉米、小麦、大豆、高粱、燕麦)其重量百分比至少约为40％，并可以包括脂肪和其它附带的成份。根据本发明的膨化产品的最终(即烘干之后)密度一般是大约15-25磅/立方英尺，而致密的颗粒型产品通常的最终密度是大约30-50磅/立方英尺。因此，概括地地讲，本发明产品的最终密度是大约15-50磅/立方英尺。
还发现，按照本发明生产的产品基本上没有氨基酸和/或维生素成分的损失，也就是说，与初始配料中总的氨基酸和/或维生素含量相比，其损失不超过10％，最好不超过5％。换个角度来说，利用本发明生产的挤压物应该具有实际上营养有效和未遭损失状态的原来总的氨基酸和/或维生素含量的90％，最好是至少为原来的95％。总的氨基酸成分是来自于初始成份内的氨基酸，并包括氨基酸添加剂。这些添加剂可以包括赖氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、精氨酸、苏氨酸、色氨酸、组氨酸、异白氨酸和苯基丙氨酸，它们或者是作为自由氨基酸、或者是作为在例如二、三或其它多肽的更为复杂的添加剂中的残留物。维生素的类型是根据营养要求来决定的，一般包括固有的维生素和/或包含维生素A在内的各种维生素的维生素预混物。这种能保持氨基酸和/或维生素含量的能力显然优于在挤压烹制过程中氨基酸和维生素破坏较大的传统的加工方式。
               附图简要说明
图1是根据本发明的一个较佳的短长度挤压器的纵剖视图；
图2是沿图1中的线2-2剖取的剖视图，示出了所述挤压器的中段筒模组件；
图3是一类似于图2的剖视图，但是示出了另一种中段筒模组件；
图4是一类似于图1的剖视图，示出了根据本发明的一个特别适于生产低水份、高烹制、高体积密度动物饲料产品的短长度挤压器；
图5是根据本发明的一个较佳的短长度挤压器的外部结构的侧视图；
图6是一柱状图表，并带有对一系列关于水份吸收/分散颗粒的测试数据进行最佳拟合的一对数曲线，其中对挤压而成的已有技术的猪饲料作了初始抗粉碎试验，并在将饲料浸于58°F的水中的条件下每隔1分钟进行一次试验；
图7是一类似于图6的柱状图表，但是示出了对利用本发明生产的猪饲料进行测试而获得的同种类型的水份吸收/分散颗粒的抗粉碎试验数据；
图8是一类似于图6-7的柱状图表，但是示出了对利用一制颗粒机生产的已有技术的猪饲料进行测试而获得的同种类型的水份吸收/分散颗粒的抗粉碎试验数据；
图9是一扫描电子显微图(SEM)，示出了采用一标准的制颗粒机制备的一种传统猪饲料颗粒的结构；
图10是一类似于图9的扫描电子显微图，但是示出了通过本发明制备的一种猪饲料颗粒的结构；
图11是根据本发明的一个短长度双螺杆挤压器的局部俯视图；
图12是根据本发明的另一个短长度双螺杆挤压器的局部俯视图。
              对较佳实施例的详细描述图1-3的实施例
现请参见各附图，图1中示出了一个用于生产膨化食品的短长度挤压器组件10。总的来说，组件10包括一预处理器12和一挤压器14。后者包括一细长的管状筒体16，该筒体具有一入口18以及最末端的带孔的挤压模20。在筒体16内沿其长度方向设置了一细长的、带螺纹的、轴向旋转的螺杆组件22。
更具体地说，预处理器12是设计成能进行最初的润湿，并且在其作为一面团或类似物进入挤压器14的入口18之前对于的成份进行部分预烹制。为此，预处理器12一般是呈细长的腔室，其内装配了可转动的内桨以及水和/或蒸气的喷入口。在本发明中可以采用多种预处理器。然而，最好是采用美国专利4,572,139中所描述的那种类型的文格尔(Wenger)DDC预处理器，该专利在此援引作为参考。
在所述实施例中，筒体16是由三个轴向对准并相互连接的管段组成，也就是入口管段24、第二和第三管段26，28。如图所示，入口管段24是构造成让挤压器入口18向上敞开，并位于预处理器12出口的下方。此外，入口管段24具有一带孔的端壁30，该端壁上配备了与密封块34接触的密封件32。螺杆组件22是安装在六角形的传动轴36上，并通过示意画出的传统的轴承箱39和电动机39a带动旋转。
第二管段26包括一外金属管部分38，其上设置有一外夹套40。后者具有一入口42和一出口44，以便将热或冷的介质(例如冷水或蒸气)引入夹套，从而可对管段26进行间接的温度控制。此外，外管段38上设置有一对通孔46，48。如图所示，一喷嘴管接头50位于孔46内，而孔48内具有一可拿掉的塞子52。
整个管段26还包括一可去除的、固定于外管部分38内侧面的固定金属套筒54。套筒54具有一内表面56，其上具有螺旋的凸起部分57，并限定了一轴向延伸孔58。如图所示，套筒54的厚度是沿着其长度方向逐渐增大，因而内孔58的直径在入口管段24和第三管段28之间逐渐缩小。套筒54还具有横向孔59和59a，它们分别与前述的筒体部分上的孔46，48对准。在管段26的远离入口管段24的端部上设置有一带孔的定子60(参见图2)。定子60包括一夹设在管段26，28之间的外凸缘62以及一向内延伸的环形部分64。环形部分64具有一借助螺丝68与它相固定的最里面的轴承环66。此外，部分64上还设置有一系列沿六面周向间隔的圆孔70。图3示出了与图2所示相同的另一个转子/定子组件，只是各圆孔70由一系列沿六面周向间隔的槽70a所代替。
第三管段28在很多方面都类似于管段26，它包括一外管部分72和一外夹套74，后者具有一入口76和一出口78，以便引导间接冷却或加热介质。此外，外管部分72具有横向孔80，82，其中分别接纳了喷嘴管接头84和可拿掉的塞子86。
在外管部分72内设置了一个固定的、可去除的金属套筒88，它具有分别与孔80，82对准的横向通孔89，89a。套筒88的内表面90呈螺旋状凸起89，它限定了一个轴向延伸的中心孔92。中心孔92的有效直径在靠近管段26的管段28端部和靠近模具20的管段28的端部之间逐渐减小。
设置在第三管段28的远离管段26的端部附近的一个短的环形垫圈94和最末端的模具20一起最后形成了筒体16。所述模具在所示实施例中是一个带有一系列通孔96的筒单的金属板。
螺杆组件22包括四个安装在轴36上并头尾相接的旋转构件。具体地说，组件22具有一入口螺杆段98、一第一螺杆段100、支承转子102以及第三螺杆段104。
第二螺杆段100包括一细长的中心轴106，它具有大致呈截头圆锥形的外表面和向外延伸的螺纹108。值得注意的是，螺纹108的螺距的螺距角小于套筒54的表面56所限定的螺纹57的螺距角。此外，可以看到的是，螺杆段100的总的结构是与孔58的渐缩的直径相一致，也就是说，从螺杆段100的入口端至其靠近转子102的出口端，螺纹108的外周逐渐缩小。
转子102是安装在轴36上，它包括一最外端的、横截面略呈L形的环形轴承110，该轴承非常靠近定子60的环形轴承部分66。因此，转子102和定子60有助于在螺杆组件22高速旋转的过程中使该组件稳定。
第三螺杆段104非常类似于螺杆段100。也就是说，该螺杆段104包括一细长的中心轴112，该中心轴具有一最外面的截头圆锥形表面和螺纹114；螺纹114的螺距角小于各凸起89的螺距角。
再请参见图1，从中可以看到，由套筒54和88形成的整个挤压器孔从入口18至模具20大致呈截头圆锥形，即，筒体内孔的直径沿其长度方向逐渐缩小。此外，可以看到，从入口18的远端至筒体16的端部的整个挤压器的有效长度(图1中的尺寸“L”)与筒体内孔的最大直径(图1中的尺寸“D”)的比值是比较小的，较佳的是比值达到6，更好的是L/D比值大约为3-6。在文中，“L/D比值”就是按照图1中示意的长度和直径测得的比值。
还应该理解，定子60和转子102一起构成了一个位于筒体长度方向中间的、在介于管段26和28之间的中间区域内的限流装置。整个限流装置包括一上游端面116和一相对的下游端面118。螺杆组件22和限流装置60，102协作，使得组件22在靠近端面116处每转一圈的送料量小于组件22在靠近下游端面118处每转一圈的送料量。此外，组件22和装置60，102是设计成能让各槽70在挤压器的工作过程中大致连续地构成全部原料之限流装置的一部分。具体地说，螺杆组件22在靠近下游端面118处每转一圈的送料量比螺杆组件22靠近上游端面116处每转一圈的送料量可大40％；更具体地说，靠近端面118处的送料量超出端面116附近的送料量为大约15-40％。套筒88内相邻两凸起89之间的凹陷度大于套筒54内相应的凹陷度。因此，靠近限流装置60，102和其下游的筒体内孔的自由体积大于靠近限流装置60，102和其上游的筒体内孔的自由体积。就数量而言，在端面118区域的管段28内的自由体积比端面116区域的管段26内的自由体积大到30％左右，最好是15-30％。
在采用本发明的挤压器进行通常的操作以生产膨化食品时，首先配制一可食用的待加工原料，然后对其进行预处理，再将其引入并通过短长度挤压器。通常，待加工原料的起始成份中包括一定数量的蛋白质、淀粉，以及氨基酸和/或维他命营养成分。总的氨基酸成分包括固有氨基酸以及实质上是氨基酸或者是包含氨基酸残留物的多肽的自由氨基酸添加物，其重量百分比的含量大约是5％，更好的是大约2％。总的维生素含量同样包含起始成分中固有的维生素以及维生素添加剂；总的维生素含量的重量百分比达到大约2％。蛋白质含量通常是大约12-50％重量百分比，更好的是大约18-32％重量百分比。淀粉含量的重量百分比是大约8-50％，更好的是大约10-30％。如本技术领域的熟练人员容易理解的那样，蛋白质和淀粉含量通常来自于动物或植物体内的包含蛋白和淀粉的成分。通常含淀粉的原料是例如玉米、小麦、高粱、大米、甜菜、大麦以及它们的混合物之类的谷物。蛋白质成份包括大豆、肉粉和鱼粉。
在较佳的预处理器中，原料被润湿，并至少部分的烹制。通常进行预处理是为了让留在预处理器内的产品的总的水份含量是大约15-40％重量百分比，更好的是大约22-28％。在预处理器内驻留的时间通常为大约15-150秒，更好的是大约90-150秒；预处理器内的最高温度是大约55-212°F，更好的是在大约180-200°F。
在经过挤压器的过程中，原料受到较高的温度和剪切力，并且当其从挤压模中排出时已完全烹制好。原料在挤压筒内驻留的时间一般是在大约2-40秒，更好的是在大约2-15秒，再好些是在大约2-9秒，最好是在大约2-6秒。挤压筒内所能达到的最大压力数量级通常是大约150-1000psi，更好的是大约300-500psi。挤压筒内所能达到的最大温度数量级是大约220-300°F，更好的是大约230-250°F。
在挤压过程中，限流装置60，102的各个孔被完全填塞，从而在筒内的限流装置区域内产生一阻流作用，并在装置60，102两端产生一压力差(即端面116处的压力高于端面118处的压力)。此外，由于螺杆组件22在靠近下游端面118处每转一圈的送料量大于在上游端面116处的送料量，所以限流装置下游的自由体积没有被原料完全塞满。在紧靠模具20的一个区域内，形成了原料的另一种塞满，以便确保产品被顺利地挤压通过各模具孔。图4-5的实施例
图4是一个在很多方面类似于图1的挤压器的短长度挤压器120的剖视图，但是其特殊的构造是用于制作致密、高烹制的饲料产品。挤压器120采用的是与前述相同类型的预处理器12。
挤压器120包括一具有一入口124和一出口126的细长的管状筒体122，筒体122是设计成能接纳一传统设计的带孔的模具(未示)。在筒体122内沿其长度方向设置了一个细长的、带螺纹的、可轴向旋转的螺杆组件128。
筒体122是由三个沿轴向对准并相互连接在一起的管段组成，即入口管段130、第二和第三管段132，134。入口管段130是构造成让挤压器入口124向上敞开，并位于例如预处理器12(见图1)的一预处理器出口的下方。此外，入口管段130具有一带孔的端壁136，该端壁上配备了与密封块140接触的密封件138。螺杆组件128是安装在一六角形的传动轴上，并与挤压器14一样，由传统的轴承箱和电动机带动旋转。
第二管段132包括一外金属管部分142，其上设置有一外夹套144。后者具有一入口146和一出口148，以便将制热或制冷的介质(例如冷水或蒸气)引入夹套，从而可对管段132进行间接的温度控制。此外，外管部分142上设置有一对通孔150、152。如图所示，一喷嘴管接头154位于孔150内，而一第二喷嘴管接头156位于孔152内。
整个管段132还包括一可去除的、固定于外管部分142内侧面的固定金属套筒158。套筒158具有一内表面160，其上具有螺旋的凸起部分162，并限定了一轴向延伸孔164。如图所示，套筒158的厚度是沿着其长度方向逐渐增大，因而内孔164的直径在入口管段130和第三管段134之间逐渐缩小。套筒158还具有两横向通孔166和168，它们分别与前述的筒体部分上的孔150，152对准。
第三管段134在很多方面都类似于管段132，它包括一外管部分170和一外夹套172，后者具有一入口174和出口176，以便引导间接冷却或加热介质。此外，外管部分170具有横向通孔178、180、182，其中分别接纳了喷嘴管接头184和压力测量表186、188。
在外管部分170内设置了一个固定的、可去除的金属套筒190，它具有分别与孔178、182对准的横向通孔192，194，196。套筒190的内表面198呈螺旋状凸起200，并限定了一个轴向延伸的中心孔202。中心孔202的有效直径在靠近管段132的管段134端部和靠近最末端挤压模具(未示)的管段134端部之间逐渐缩小。
在筒体122的敞开端设置一模具，就形成完整的筒体。在很多情况下，在靠近第三管段134的远离第二管段132的那一端和最末端的模具之间可以设置一短的环形垫圈(未示)。
螺杆组件128包括四个安装在六角形轴上并头尾相接的旋转构件。具体地说，组件128具有一第一入口螺杆段204、一第二螺杆段206、螺纹过渡段208以及第三螺杆段210。
第二螺杆段206包括一细长的中心轴212，它具有大致呈截头圆锥形的外表面和向外延伸的螺纹214。值得注意的是，螺纹214的螺距的螺距角小于套筒158的表面160所限定的螺纹162的螺距角。此外，可以看到，螺杆段212的总的结构是与孔164的渐缩的直径相一致，也就是说，从螺杆段206的入口端至其靠近过渡段208的出口端，螺纹214的外周逐渐缩小。
过渡段208是较短的圆柱体，如图所示，其上设置有与螺纹214对准的螺纹216。
第三螺杆段210非常类似于螺杆段206。也就是说，该螺杆段210包括一细长的中心轴218，该中心轴具有一最外面的截头圆锥表面和螺纹220；螺纹220的螺距角小于各凸起200的螺距角。此外，螺纹220是和过渡段208的螺纹216对准。
可以看到，由套筒158和190所构成的整个挤压孔从入口124至最末端模具大致呈截头圆锥形，即，筒体内孔沿其长度方向有通常逐渐缩小的横截面积。挤压器120也具有基本上与前述挤压器14相同的L/D比值。
图5示出了用于挤压器120的另一种外部结构。也就是说，图5所示的挤压器120a具有与挤压器120相同的内部结构。然而，在挤压筒122a的第二和第三管段132a和134a上没有设置外夹套，而是借助分别设置在管段132a，134a上的一系列径向向外延伸且周向间隔的散热翅片222来进行管段的散热。图5的实施例还示出了一个围绕管段134a的出口端设置的环形蒸气进气管226，它总共带有四个与进气管226相联的、相互分开的、带阀的蒸气喷管组件228。每一组件228均延伸穿过筒体管段134a的壁，以便把蒸气射流引入挤压器120a内。如图所示，进气管226被一个多孔挡板226所覆盖。
利用图4-5的装置来生产高烹制、高密度饲料产品通常如对膨化饲料产品的生产所叙述的那样来进行，也就是说，初始的配料受到预处理，然后再被送入并通过挤压器120或120a。然而，为了生产所需的饲料，在加工时也常发生一些变化，最显著的是初始原料和最后产品的水份含量。
例如，初始的配料中通常具有相对较高的谷物含量，其重量百分比至少是大约60％，更好的是大约80％。谷物可来自于前述任何一种谷物源。初始配料中总的蛋白质含量大约是12-50％重量百分比，更好的是大约18-32％，而淀粉含量大约是8-50％重量百分比，更好的是大约10-30％重量百分比。蛋白质和/或淀粉可以由含蛋白质和淀粉的适当的原料来提供，或者可以直接添加所需的蛋白质和淀粉。
在预处理过程中，原料最大限度可包含大约30％重量百分比的水份，更为通常的是大约达到22％。预处理器内的温度是大约135-200°F，更好的是在大约150-190°F。在预处理器内的驻留时间通常与前述膨化食品的加工工艺相同。
在从挤压器通过的过程中，已被预处理的原料至少部分地借助热和剪切作用而得以烹制。预处理的原料在挤压筒内的驻留时间与前述的相同，即，一般是在大约2-40秒内，更好的是在大约2-15秒内，再好些是在大约2-9秒内，最好是在大约2-6秒内。挤压筒内所能达到的最大压力通常发生在紧挨着最后挤压模上游处，通常是大约25-400psi，更好的是大约75-250psi。
从挤压模排出的致密的产品具有相对较低的水份含量，其值可达大约20％重量百分比，较好的可达大约18％，最好的可达14-18％左右。然后，热的挤压产品可在周围空气中冷却/干燥，以最后达到大约10-15％重量百分比，更好是12％左右的均衡的水份含量。图11-12的实施例
图11中示出了一个短长度双螺杆挤压器232，该挤压器包括：一对管段234，236，它们相互连接并且一起限定了一细长的筒体237，所述筒体具有一锥形的、“图8”形状的内孔；一对锥形的、细长的、可轴向旋转的(可同向或反向地旋转)的内螺纹杆238，240；以及一前部的带孔模板242。
管段234可以是一体模制的结构或者是分段的，其上部构造成具有一可引至筒体内部的开口244。出口管段236包括一用于引入制热或制冷介质的内通道246。如图所示，在管段234，236之间设置了一定子248，它具有一向内延伸的圆周凸条250。
每个螺杆238，240都是分段设计的，并且在倒数第二个和最后一个螺杆段之间设置有三个带孔的限制元件252，254，256。中间元件254的直径缩小，以便为凸条250提供一间隙，而外侧元件252，256则横跨在凸条250的两端。
图12的挤压器232a与挤压器232几乎完全相同，只是省略了限制元件252-256和定子248。因此，对挤压器232a也用了相同的标号，只是在后面添加了一个下标“a”。
挤压器232，232a的L/D比值与前述单螺杆的短长度挤压器相同，工作参数，例如螺杆转速、螺杆端点速度、压力、温度、驻留时间、产品的体积密度、胶凝、水份含量和PDI值的广泛范围和较佳范围也是如此。本发明的双螺杆挤压器的工作方式与单螺杆挤压器相比基本相同。
下面的几个例子说明了根据本发明的较佳的挤压装置和方法。应该理解，本发明并不限于这些例子，这些例子不能对本发明的保护范围有所限制。
下文中，“颗粒耐久指数”和“PDI”涉及美国饲料联合公司的《饲料生产技术》1994年第四期，第121-122页(及其参考资料)上所描述的耐久性试验，该资料将援引在此以作参考。在这样一种耐久性试验中，各颗粒的耐久性是当其冷却到环境温度±10°F的温度之后立即测得的。耐久性试验是这样进行的：将500g预筛过(以便去除较细颗粒)的颗粒在一可防灰尘的12″×12″×5″的封闭物内，以50rpm的转速翻滚5分钟，在所述封闭物上沿着封闭物的12″×12″那个面的一根对角线对称地固定了一2″×9″的内板(其9″边重合于所述对角线)。该封闭物围绕着一垂直于其12″边缘的轴线旋转。在翻滚之后，用筛子将细的颗粒去除，重新称颗粒样品的重量。颗粒耐久性是定义为：
耐久性＝颗粒在翻滚之后的重量/颗粒在翻滚之前的重量×100
                      例子1
在这个例子中，采用了一与一预处理器相结合的短长度挤压器以商业生产的速度来生产高质量的膨化宠物食品。
所用的挤压器是图1所示类型，并由三个管段组成。具体地说，在试验#1、#2和#4中所采用的挤压器结构是由下列构件组成(这里所有的构件都与WengerMfg.公司的零件编号相同)：挤压筒65695-001(入口管段)；65676-001(第二管段)；以及管段65689-001(第三管段)。第二管段中设置有内衬套65691-001以及一介于第二和第三管段之间的定子76598-001。螺杆组件76597-001(轴)；65670-00(入口螺杆)；65671-001(第二螺杆段)；65906-003(包括65907-001(转子)和65900(定子)的介于第二和第三螺杆段之间的固定剪切锁定装置)；以及65675-001(第三螺杆段)。最后的模具65534-009(1″垫圈)；65421-001(模板)；以及31350-779(有3/8″模具孔的模具嵌入件)。一转刀组件位于靠近模具出口的位置上，用以将挤出物切割成合适的尺寸。该转刀组件包括：19462-023(刀架)和十把刀片(19512-003)。在试验#3和试验#5所采用的挤压器与上述的相同，只是所采用的轴是Wener零件号76597-001，并且最后的螺杆段(Wener零件号65675-005)是具有切割螺纹的结构。
在这两种方案中所采用的预处理器都是具有标准的60-60结构的WengerDDC预处理器。
在所有五个试验中，初始的宠物饲料的配方是：24％重量百分比的家禽粉、54％重量百分比的玉米粉、8％重量百分比的小麦、8％重量百分比的玉米麸粉、6％重量百分比的大豆粉。在每一种情况下，初始原料被送入预处理器进行润湿和部分的烹制，随后再通过三段式挤压器。在第二和第三管段喷入口，水，有时是蒸气被喷入挤压筒。在挤压之后，产品通常干燥至9-11％重量百分比的水份含量。
下面的表格说明了在这五个试验中预处理器和挤压装置的工作条件。
                      表格1
试验#1 试验#2 试验#3 试验#4 试验#5
原料的有关数据：
干配料密度 kg/m3  577   577   577   577   577
干配料供给速率 kg/hr  2000   3000   3000   3500   3000
送给螺杆转速 rpm  53   76   72   87   48
预处理的有关数据：
预处理器速度 rpm  125/250   125/250   125/250  125/250   125/250
流向预处理器的蒸气流量 kg/hr  200   285   270   280   271
流向预处理器的水的流量 kg/hr  300   540   540   655   482
预处理器的水温 ℃   61   61
挤压的有关数据：
挤压器转轴的转速 rpm  592   592   592   592   592
电动机负载 ％  63   60   83   88   63
流向挤压器的蒸气流量 kg/hr   60
流向挤压器的水的流量 kg/hr  30   60   76   85   60
第一管段的控制温度 ℃   83   87
第二管段的控制温度 ℃  86   109   101   102   101
第三管段的控制温度 ℃  93   110   76   98   98
管段/压力 kPa  3/NA   3/NA   3/2068   2200   2250
最后成品的有关数据
挤压器排放速率 kg/hr  320   400   320
挤压器的排放密度 kg/m3   368   352
挤压器性能  稳定   稳定   稳定   稳定   稳定
试验持续时间 分钟  15   15   8   15   30
最后成品的情况 英寸  3/8成块   3/8成块   3/8成块   3/8颗粒状   3/8颗粒状
所有试验都得出商业上可以接受的、完全烹制的成形产品。产品的体积密度从试验#1起都是大约19磅/立方英尺。
                      例子2
在这个例子中，采用图4所示类型的短长度预处理器/挤压器来生产一高质量、高密度、硬的精细猪饲料。最后成品优于或相当于那些利用一膨胀器和制颗粒机而获得的产品。
具体地说，在试验#6和#7中所采用的挤压器结构是由下列构件组成(这里所有的构件都与Wenger Mfg.公司的零件编号相同)：挤压筒65695-001(入口管段)；65676-001(第二管段)；以及管段65689-001(第三管段)。第二管段中设置有内套筒65691-001，而第三管段也具有一内套筒76598-001。螺杆组件76597-002(轴)；65670-001(入口螺杆段)；65671-001(第一螺杆段)；65906-001(第二螺杆段)和65676-001(第三螺杆段)。最后的模具65532-103 BH、65534-009 AD、74010-953NA、74010-954 NA，带有13个嵌入件。一转刀组件处在靠近模具出口的位置上，用以将挤出物切割成适当的尺寸。该转刀组件包括：19462-001(刀片托架)和六把刀片(19430-007)。
在试验#8和#9中，所采用的挤压器结构是由下列构件组成：挤压筒65695-001(入口管段)；65676-001(第二管段)；以及管段65689-001(第三管段)。第二管段中设置有内套筒65691-001，而第三管段也具有一内套筒76598-001。螺杆组件76597-001(轴)；65670-001(入口螺杆段)；65671-001(第一螺杆段)；65658-015(第二螺杆段)和65675-001(第三螺杆段)。最后的模具6534-009 AD和65421-001 BH。一转刀组件处在靠近模具出口的位置上，用以将挤出物切割成适当的尺寸。该转刀组件包括：19607-017(刀片托架)和五把刀片。
在这两种方案中所采用的预处理器都是具有NO.377结构的Wenger 16型DDC预处理器。左、右轴上均配备了总共六十个搅拌器。
在试验6-9中，初始的配方是：76.96％重量百分比的高粱粉、15.95％重量百分比的大豆粉、4.96％重量百分比的动物脂、0.94％重量百分比的盐、0.94％重量百分比的碳酸钙、0.41％重量百分比的维生素预混料、0.11％重量百分比的赖氨酸。在每一种情况下，初始原料被送入预处理器进行润湿和部分地烹制，随后再通过三段式挤压器。在试验7-9中，将水喷入挤压筒。试验6和7有些不稳定，但试验8和9是稳定的，并且能生产出好的、高密度的猪饲料。在挤压之后，借助一多级通过式冷却器使成品的最终密度达到35磅/立方英尺(试验6、36磅/立方英尺(试验7)、45.4磅/立方英尺(试验8)、以及45.0磅/立方英尺(试验9)。
下面的表格说明了在这四个试验中预处理器和挤压装置的工作条件。
                          表格2
  试验#6   试验#7   试验#8   试验#9
原料的有关数据：
干配料密度   kg/m3   688   688   688   688
干配料供给速率   kg/hr   1500   1800   3000   4000
送给螺杆转速   rpm   31   37   64   78
预处理的有关数据
流向预处理器的蒸气流量   kg/hr   62   54   210   283
流向预处理器的水的流量   kg/hr   182   72   60   80
预处理器的添加速率   kg/hr   75   36   0   0
预处理器的排放温度   ℃   69   73   85   86
挤压的有关数据：
挤压器转轴的转速   rpm   592   592   592   592
电动机负载   ％   70   95   47   38
流向挤压器的水的流量   kg/hr   --   36   30   40
第二管段的控制温度   ℃   66   58   56   49
第三管段的控制温度   ℃   90   98   106   117
管段/压力   kPa   340   304   502   3/690
刀具驱动转速   rpm   350   350   610   770
最后成品的有关数据
从挤压器排出时的密度   kg/m3   548.7   560.9   675   673
最后成品的情况   猪饲料   猪饲料   猪饲料   猪饲料
试验等级   中等  中等   良好   良好
在试验8和9中所获得的较高密度主要是因为采用了与试验6和7不同的模具组件。
虽然这里特别描述的是单螺杆型式的挤压装置，但是应该理解，按照本发明，例如图11和12所示的双螺杆型的挤压器也是可以采用的。
                         例子3
在这个例子中，在按照本发明生产的猪饲料内结合了赖氨酸和一种含有维生素A的维生素预混料，以便确定赖氨酸和维生素A在加工过程中的损失程度。
在这些试验中所采用的三段式挤压器是如图4所示的那种类型，它是由下列构件组成(这里所有的构件都与Wenger Mfg.公司的零件编号相同)：挤压筒65695-001(入口管段)；65676-001(第二管段)；以及管段65689-001(第三管段)。第二管段中设置有内套筒65691-001，而第三管段也具有一内套筒76598-001.螺杆组件76597-001(轴)；65670-001(入口螺杆段)；65671-001(第一螺杆段)；65658-015(第二螺杆段)；和65675-001(第三螺杆段)。最后的模具65534-009 AD、65421-001 BH、74010-955 NA，带有10个嵌入件。一转刀组件处在靠近模具出口的位置上，该转刀组件包括：19607-017(刀片托架)和五把刀片。在这些试验所采用的预处理器都是具有NO.377结构的Wenger 16型DDC预处理器。左、右轴上均配备了总共六十个搅拌器。
在试验10-11中，初始的配方是：76.96％重量百分比的高粱、15.95％重量百分比的大豆粉、4.96％重量百分比的动物脂、0.94％重量百分比的盐、0.94％重量百分比的碳酸钙、0.41％重量百分比的维生素预混料、0.11％重量百分比的赖氨酸。下面的表格说明了在这两个试验中预处理器和挤压装置的工作条件。
                             表格3
  试验#10   试验#11
原料的有关数据：
干配料所含水份     ％wb     11.52     11.52
干配料密度     kg/m3     688     688
干配料供给速率     kg/hr     3000     4000
送给螺杆转速     rpm     64     78
预处理的有关数据：
预处理器转速     rpm     250     250
流向预处理器的蒸气流量     kg/hr     210     283
流向预处理器的水的流量     kg/hr     60     80
进入挤压器的水份     ％wb     16.05     16.75
预处理器的排放温度     ℃     85     86
挤压的有关数据：
挤压器转轴的转速     rpm     592     591
电动机负载     ％     47     38
流向挤压器的水的流量     kg/hr     30     40
第二管段的控制温度     ℃     56     49
第三管段的控制温度     ℃     106     117
管段/压力     kPa     3/520     3/690
刀具驱动转速     rpm     610     770
最后成品的有关数据
从挤压器排出时所含水份     ％wb     15.07     16.70
从挤压器排出时的密度     kg/m3     657     673
从冷却器排出时的密度   磅/立方英尺     45.4     45
从冷却器排出时所含水份     ％wb     13.5     11.98
最后成品的情况     猪饲料     猪饲料
试验等级     良好     良好
各挤出物的冷却工作是在一双通道的干燥/冷却器内进行的。在试验10的情况下，区域1内的温度是42℃，区域2内的温度是39℃。通过区域1的滞留时间是2.7分钟，通过区域2的滞留时间是5分钟。风扇1-4转速分别是1597、1638、1078和1038rpm。在试验11中，区域1和区域2的温度分别是41℃和39℃，而滞留时间分别是2.7分钟和5分钟。风扇1-4的转速分别是1579、1635、1078和1038rpm。
通过试验10对猪饲料挤出物的分析可以发现：块密度是1.2245g/ml，PDI(颗粒耐久性指数)是99.4％，脂肪摄取率是8％重量百分比，而冷却之后的块密度是1.2482g/ml。在试验11中：块密度是1.203g/ml，PDI是99.0％，脂肪摄取率是11.0％重量百分比。
此外，对来自试验10和11的猪饲料挤出物进行有效赖氨酸、维生素A和霉菌数量的测试。测试结果如下：
                           表4
    样品   有效赖氨酸(％重量百分比)     维生素A(IU/kg)     霉菌数量(CFU/g)
    初始配料     0.70     1.777     300,000
    试验10     0.71     2,545     ＜10
    试验11     0.72     2,695     ＜10
这些数据证明，由试验10和11获得的产品中赖氨酸或维生素A没有损失，并且将霉菌完全破坏，这表明在挤压之后不会形成附加的黄曲霉毒素或其它毒素。沙门菌试验也呈阴性。这些结果与利用传统挤压工艺生产中会发生的有效赖氨酸和维生素A的损失的情况相反。例如，利用传统设备生产的猪饲料中一般会有14-15％重量百分比的赖氨酸损失，而维生素A的损失是40％数量级的重量百分比。
可以相信，利用本发明可以达到极短的挤压器滞留时间，因而可以使最终的挤压成品内的赖氨酸和维生素含量基本保持不变；通过喷入彩色跟踪剂就可以测得试验10-11中在挤压筒内的滞留时间，这个值大约是3-4秒。然而，这样的挤出物同时得以充分的烹制，从而形成非常可口的产品。
例子4
在这一系列测试中，是利用如图5所示的一挤压器来生产致密的、相对较硬的猪饲料产品。采用了两种不同的配方：在试验12-13中，按照重量百分比计算，是用了80％的高粱、18％的大豆粉、1％的碳酸钙、1％的盐，按湿量计算，这些干成份中的水份含量是10.9％重量百分比。在试验14-24中，按照重量百分比计算，是用了80％的玉米、18％的大豆粉、1％的碳酸钙、1％的盐，按湿量计算(试验#20)，这些干成份中的水份含量是9.39％(试验#22)至11.63％重量百分比。在所有试验中，各种干成份是通过一1/16英寸的筛子来细化，在预处理过程中，添加了2％重量百分比的动物脂。
在这些试验中所采用的预处理器是具有No.377结构的Wenger 16型DDC，其左轴上配备了60个搅拌器(其中12个处于向前75°，24个处于中间90°，另外24个处于反向75°)，右轴上也有60个搅拌器(12个处于向前75°，48个处于反向75°)。
在试验12-17和20-23中，挤压器的构件包括：挤压筒65695-001(入口管段)、65676-001(第二管段)；以及管段65689-001(第三管段)；挤压器套筒65691-001(在第二管段中)，和76598-001(在第三管段中)；挤压器轴76597-001；安装在轴上的旋转元件一65670-001、65671-001、65658-013和65675-001。对试验#18-19而言，挤压器构件包括：挤压筒65695-001(入口管段)、65676-001(第二管段)；以及管段65689-001(第三管段)；挤压器套筒65691-001(在第二管段中)和65693-001(在第三管段中)；挤压器轴76597-001；安装在轴上的旋转元件65670-001、65671-001、65658-013和65675-001。试验#24采用了最佳的挤压器构造，它基本上与试验#12-17和#20-23相同，只是锥形输出螺杆具有一15°的锥度，并在该锥形输出螺杆的前面带有一1/4″的垫圈，以使其移动得更接近挤压器的排出端。这一构造具体如图4所示。
试验#12-21中所采用的模具和刀具组件包括：模具及附件53661-005 NA、65421-001 BH和74010-955 NA，并带有10个嵌入件、每个嵌入件上有六个6mm的孔，台阶长度是15mm；其上安装着五把19430-003刀片的刀架19462-023。试验#22-24所采用的组件包括：模具及附件53661-005 NA、65421-001 BH和74010-752 NA，每个嵌入件上有三个1/4″的孔，台阶长度是1/2″；其上安装着十把19430-003刀片的刀架19462-023。
下面的表格说明了这一系列试验的试验条件。
  表格5
  试验#12  试验#13  试验#14  试验#15  试验#16  试验#17  试验#18  试验#19  试验#20  试验#21  试验#22  试验#23  试验#24
原料的有关数据：
干配料密度 kg/m3   620  620  620  620   --   --   620  620  620  620  620  620  620
干配料供给速率 kg/hr   3000  4000  4000  5000   6000   4000   4000  4000  4000  4000  4000  4000  4000
送给螺杆转速 rpm   63  93  92  123   136   91   89  93  88  83  83  85  83
预处理的有关数据：
预处理器转速 rpm   250  250  250  250   250  250   250  250  250  250  250  250  250
流向预处理器的蒸气流量 kg/hr   210  280  280  278   279  277   280  280  120  120  200  200  120
流向预处理器的水的流量 kg/hr   60  80  120  150   240  280   120  120  40  40  160  80  200
进入预处理器的水份 ％wb   --  17.17  19.33  18.99   18.68  20.76   18.18  19.38  17.02  --  17.85  14.64  --
预处理器的排放温度 ℃   87  83  83  75   72  80   84  87  60  --  67  72  60
挤压的有关数据：
挤压器转轴的转速 rpm   592  592  592  592   592  522   650  960  960  592  592  592  592
电动机负载 ％   60  73  46  55   59  53   65  88  86  73  47  69  70
流向挤压器的水的流量 kg/hr   30  30  80  100   120  228   80  80  240  240  160  40  200
第二管段的控制温度 ℃   61  66  69  69   67  67   74  75  60  60  69  67  60
第三管段的控制温度 ℃   122  122  113  108   107  111   131  142  113  113  103  125  114
管段/压力 kPa   --  --  --  --   --  --   5350  5670  5590  --  --  1100  780
刀具驱动转速 rpm   545  545  740  --   --  --   --  --  --  --  1228  1130  540
最后成品的有关数据
从挤压器排出时所含水份 ％wb   --  15.03  17.28  18.79  18.30  24.13  16.49  16.63  15.59   --  18.30  14.79  --
从挤压器排出时的密度 kg/m3   609  617  640  635  617  600  620  520  592   608  640  640  649
试验等级   良好  良好  良好  良好  良好  良好  良好  中等  良好   --  良好  良好  良好
试验#12-17中挤压器转轴的转速都小于600rpm。在试验18-20的情况下，挤压器转轴的转速大大增加。这样就使紧挨模具的上游处的压力大大增加，并相应使挤压器电动机的负载增大。在试验#23的情况下，于管段2和3之间设置了一个带螺纹的过渡剪切锁定装置，它可避免产品在管段3的中部逆行，并使操作控制更加方便。最后一个试验#24中采用了一个带有15°锥度的锥形螺杆、试验#23的带螺纹的剪切锁定装置、以及一附加的1/4″的垫圈，以便让螺杆的端部移动得更接近排放模。这样就能得到任何一种试验的最佳产品和性能。
所有这些产品都是致密的、相对较坚硬的猪饲料产品，它们具有较高的烹制程度，能快速地吸水，因而是理想的猪饲料产品。
按照本发明生产的较佳的、致密的动物饲料是低水份(较佳的是，直接来自挤压器的产品按湿量计算达到含有大约20％重量百分比的水份，更好是大约18％，最好是14-18％)的挤压成形物，其中的含淀粉的成份有大约60％呈胶凝状态(最好是有大约65-85％呈胶凝)，PDI值至少是大约90，更好是至少大约95。因此，这些产品都受到高烹制，基本没有留下细菌。所述挤压物还相对较硬，并具有至少为大约28磅/立方英尺，更好是大约30磅/立方英尺的体积密度。虽然这些挤压物比较硬，但是它们也能较容易地吸收水份。具体地说，如果将这些产品在58°F的水中浸泡4分钟，它们所展现的最大抗粉碎力比其浸泡在水中之前的最大抗粉碎力小大约70％(更好的是小大约60％)。此外，若在58°F的水中浸泡8分钟，本发明产品的最大抗粉碎力应该比其浸泡在水中之前的最大抗粉碎力小大约40％(更好的是小大约40％)。这样的抗粉碎力测试最好是利用由纽约州Scarsdale的Texture技术公司出售的TA.XT2型Texture分析仪来进行。
关于这一点，请注意图6-8。图6是一柱状图表，其中带有一条最拟合的对数曲线，它表示对传统的挤压猪饲料进行抗粉碎测试的情况。请注意，在于58°F的水中浸泡了四分钟以后，与刚开始时没有浸泡的产品相比较，该传统的挤压产品的抗粉碎力大约是其83.5％；在浸泡以后八分钟，抗粉碎力大约是未浸泡时的78.6％。图7是一个类似的图表，其中的对数曲线示出了按照本发明生产的猪饲料的抗粉碎情况。该图中所示的进行测试的具体产品是由例子4的试验#13获得的。如图所示，在浸泡之后四分钟，本发明产品的抗粉碎力是未浸泡的原来产品的大约52％，而在浸泡之后八分钟，抗粉碎力就只有未浸泡时的24.7％。图8类似于图6和7，但是示出了利用普通制颗粒工艺制备的一种传统的猪饲料的抗粉碎特性。该组抗粉碎数据非常类似于本发明(浸泡四分钟后的抗粉碎力是开始未浸泡时的52.7％，而浸泡八分钟后的抗粉碎力是未浸泡时的16.6％)，从而证明：本发明的挤压产品在水份吸收和颗粒分散方面与传统的颗粒产品非常类似。
这一系列的试验还表明：受挤压的原料在紧挨着最后挤压模的上游处会受到一非常迅速的升压。实际上，所采用的双压力测量表186和188(见图4)表明，离末端较远的压力计186基本上显示的大气压力，而较靠近末端的压力计188所显示的压力范围是780-1100kPa(111-157psi)。概括地讲，在沿所述螺杆组件的长度方向、离挤压模的内端面向后距离为挤压筒最大直径的1.5倍的那一个点上，所述挤压筒内的压力应该基本上等于大气压力。紧靠所述挤压模内端面处的所述挤压筒内的压力应该至少是大约100psi，更好是至少为大约300psi。
还发现，挤压螺杆组件的“端点速度”是一个重要的参数。所谓端点速度是指最靠近挤压模的挤压螺杆的末端的速度。该端点速度应该是大约400-1600英尺/分钟，更好的是大约600-1200英尺/分钟，最好是大约700-900英尺/分钟。
为了进一步说明按照本发明生产的颗粒和传统产品之间的显著差异，可借助产品的扫描电子显微图对用一制颗粒机和按照本发明生产的猪饲料颗粒进行比较。在每种情况下，用一剃刀片将有代表性的颗粒纵向地切片，随后进行标准的SEM程序以获得显微图。图9是传统的颗粒制机产品的SEM图，而图10是按照本发明的改进产品的SEM图。
首先请参见图9，其中圆的颗粒基本上是原封不动的(即，实质上不是胶凝的)的淀粉颗粒，而该图中只有一种与通过制颗粒机模具的颗粒流对准的总的流动图案。相反，图10的SEM表明：按照本发明所生产的产品几乎没有原封不动的淀粉颗粒，并具有显著的、对准的流动图案。图10的SEM还示出了一种重要的分层结构，它可以赋予颗粒很大的强度。
在本发明的较佳颗粒中，当各种成份通过预处理器时，蛋白质和淀粉将从一高粘度的玻璃化状态转变成或接近为一种橡胶面团状。然而，当处于这种条件下的各初始成份进入本发明的短长度烹制挤压器时，其温度升高至或者是略高于熔化转变温度，蛋白质和淀粉成分的粘度降低。然而，当物料从最后的模具排出时，就可以获得所需的分层结构，并且蛋白质和淀粉成分会随着温度迅速的下降回到玻璃化状态。此时，分层结构就永久地保留在最终产品内。然而，当需要致密的产品时，就需要控制各种工作条件，以限制产品在排出模具时发生膨胀。通常，可以观察到某种程度的“模具鼓胀”，但是产品在挤压时总的膨胀是比较小的。所述膨胀的百分比是这样计算出来的：用产品的直径(或最大截面尺寸)除以模具孔的直径(或最大截面尺寸)，再乘以100。本发明生产的产品一般具有不超过大约30％的膨胀率，更好的是大约20％。
                     例子5
在这些试验中，利用包含82.0％重量百分比的鱼粉和18.0％重量百分比的小麦面粉生产出鲑鱼饲料。在所有这些试验中采用了相同的预处理器和挤压器构造，但是所用的模具和刀具组件有所不同。预处理器采用的是配备有60个左轴搅拌器(18个处于向前75°，24个处于中间90°，18个处于反向75°)和60个右轴搅拌器(5个处于向前75°，55个处于反向75°)的Wenger 7型DDC装置。挤压器具有三个管段(68781-001、68782-001和68784-001)，而螺杆是由支承着四个旋转元件(68792-001、68793-001、68805-019和68796-001)的主轴68722-001组成。
下面的表格说明了各试验的条件。
                                  表格6
试验#25 试验#26 试验#27 试验#28 试验#29 试验#30 试验#31 试验#32 试验#33 试验#34 试验#35 试验#36 试验#37 试验#38
原料的有关数据：
干配料密度 kg/m3  640  640  640  544  544  544  544   544   544   544   544   552   552   552
干配料所含水份 ％wb  9.7  9.7  9.7  8.54  8.54  8.54  8.54   8.54   8.54   8.54   8.54   --   --   --
送给螺杆转速 rpm  62  62  63  55  65  55  65   56   55   57   65   61   60   60
预处理的有关数据：
预处理器转速 rpm  380  380  380  380  380  380  380   380   380   380   380   380   380   380
流向预处理器的蒸气流量 kg/hr  134  135  131  105  113  99  99   83   94   100   99   122   102   94
流向预处理器的水的流量 kg/hr  12  12  12  --  --  --  --   12   --   --   --   --   30   --
预处理器的排放温度 ℃  78  93  79  85  86  84  81   79   83   83   81   82   82   86
挤压的有关数据：
挤压器转轴的转速 rpm  1180  1180  1180  1180  1180  1180  1180   1180   1180   1180   1180   1180   1180   1180
电动机负载 ％  45  47  51  54  57  72  80   62   83   63   68   60   58   66
流向挤压器的水的流量 kg/hr  --  --  --  --  --  --  --   --   --   --   --   12   --   --
第二管段的控制温度 ℃  45  49  56  74  74  74  75   73   74   74   76   74   74   74
第三管段的控制温度 ℃  61/81  64/83  62/85  84/100  85/101  86/99  87/101   86/98   86/107   85/103   86/104   84/100   83/98   84/100
刀具驱动转速 rpm  812  812  1340  1356  1486  1014  1264   1356   889   1000   1206   11240   630   904
最后成品的有关数据
从挤压器排出时所含水份 ％wb  16.09  15.32  14.63  11.97  12.10  10.96  11.61   11.75   --   11.52   11.51   14.92   14.54   13.01
从挤压器排出时的密度 kg/m3  592  592  544  528  576  486  508   585   595   513   480   592   552   545
试验等级  优秀  优秀  --  优秀  优秀  良好  良好   优秀   良好   良好   良好   良好   --   良好
在试验#25中，以48kg/hr的速度对预处理器内的成份添加油，添加的比例是4％重量百分比。
这种鲑饲料的非常有利之处在于，它们具有非常细小的细胞结构，因而比用传统方法制备的颗粒具有更多的脂肪。因此，本发明的这种水生动物的颗粒能吸收至少大约28％重量百分比的油，更好的是大约32-40％重量百分比，由于脂肪含量和鱼增重有直接的关系，所以这是所希望的。这种细小的细胞结构的另一个重要优点是，各颗粒趋向于能保持住脂肪，使其不渗透。这种颗粒还非常地耐久，其PDI值超过90。还有很重要的一点是因为这种颗粒状的水生动物饲料是通过在空气中散播来喂养很大面积内的鱼。这种处理办法会破坏传统的颗粒，那些较细小的颗粒将会损失。最后，沉入水中的、比重大于1的饲料的挤压后水份含量是比较低的，即按湿量计算计算大约10-18％重量百分比，更好的是大约11-16％。这种类型产品传统的水份含量是大约18-24％重量百分比。用本发明生产的产品的低水份可减少甚至无需挤压后的干燥设备，因此降低了加工和投资费用。
下面的表格概括了根据本发明的一些重要的设备、加工和产品参数，其中的较宽和较佳的范围是近似值。
                               表7
参数   较宽范围   较佳范围
L/D比值     可至6     3-6
挤压器螺杆转速(rpm)     至少500     500-1500
挤压器螺杆端点速度(英尺/分钟)     400-1600     600-1200
产品中的谷物含量(％重量百分比)     至少15     18-60
产品中的蛋白质含量(％重量百分比)     12-50     18-32
产品中的淀粉含量(％重量百分比)     8-50     10-30
产品经过挤压后的水份含量(％重量百分比)     可至20     14-18
产品密度(磅/立方英尺)     15-50  15-25(膨化的)至少28(致密的)
产品的胶凝度(％)     60     65-85
产品的PDI值     至少90     至少95
产品中氨基酸/维生素损失(％重量百分比)     小于10     小于5
产品吸水(4分钟)/抗粉碎力(％)     小于70     小于60
产品吸水(8分钟)/抗粉碎力(％)     小于40     小于30
在预处理器内的停留时间(秒)     15-150     90-150
离开预处理器时的水份含量(％重量百分比)     15-40     22-28
产品在预处理器内的最大温度(°F)     55-212     180-200
在挤压器内的停留时间(秒)     2-40     2-15
最大的挤压器压力(psi)     150-1000     300-500
最大的挤压器温度(°)     220-300     230-250

Claims (64)

1.一种短长度烹制挤压器，包括：
一细长的管状筒体，它具有一原料入口和一间隔开的原料出口，并具有一限定了一细长内孔的内表面；
一处在所述内孔中的细长的、带螺纹的螺杆组件；
用来带动所述螺杆组件沿轴向旋转的装置；以及
一设置在所述原料出口处的带孔的挤压模，
从所述入口至所述模具的整个内孔长度至少有大约50％所述孔是呈大致截头圆锥形的结构，并且其横截面积随着接近所述模具而逐渐缩小，
在所述筒体内介于所述入口和出口之间有一构成原料限流的装置，所述限流形成装置有一上游范围和一与之相对的下游范围，所述上游范围比所述下游范围更接近所述入口，
所述螺杆组件在所述上游范围附近的每转一圈的送料量小于所述螺杆组件在所述下游附近每转一圈的送料量。
2.如权利要求1所述的挤压器，其特征在于，在所述筒体的所述内孔的表面上沿其长度方向设置有一系列间隔的、螺旋的凸起部分。
3.如权利要求1所述的挤压器，其特征在于，所述限流形成装置包括一带孔的限流装置，它具有一上游端面和一下游端面，所述螺杆组件和所述限流装置协同作用，使所述限流装置的各个孔在所述挤压器的工作过程中基本连续地保持被原料充满的状态。
4.如权利要求3所述的挤压器，其特征在于，所述限流装置包括一固定于所述筒体的带孔的定子，以及一形成所述螺杆组件一部分的与定子互补的转子。
5.如权利要求1所述的挤压器，其特征在于，所述筒体内靠近所述上游范围的自由体积大于靠近所述下游范围的自由体积。
6.如权利要求1所述的挤压器，其特征在于，所述旋转装置的运转可带动所述筒体内的所述螺杆组件以至少大约500rpm的转速旋转。
7.如权利要求1所述的挤压器，其特征在于，它还包括用于将一种流体经所述筒体喷入所述内孔范围内的装置。
8.如权利要求1所述的挤压器，其特征在于，所述挤压器的L/D比值可达大约6。
9.如权利要求1所述的挤压器，其特征在于，所述挤压器具有一处于所述内孔中的螺杆组件。
10.如权利要求1所述的挤压器，其特征在于，所述挤压器具有一对处于所述内孔中的螺杆组件。
11.一种短长度烹制挤压器，包括：
一细长的管状筒体，它具有一原料入口和一间隔开的原料出口，并具有一限定了一细长内孔的内表面；
一处在所述内孔中的细长的、带螺纹的螺杆组件；
用来带动所述螺杆组件沿轴向旋转的装置；以及
一设置在所述原料出口处的带孔的挤压模，
从所述入口至所述模具的整个内孔长度至少有大约50％的所述孔是呈大致为截头圆锥形的结构，并且其横截面积随着接近所述模具而逐渐缩小，
所述内孔的内表面是构造成沿其长度方向具有一系列向内延伸的螺旋凸起部分。
12.如权利要求11所述的挤压器，其特征在于，所述旋转装置的运转可带动所述筒体内的所述螺杆组件以至少大约500rpm的转速旋转。
13.如权利要求11所述的挤压器，其特征在于，它包括用于将一种流体经所述筒体喷入所述内孔范围内的装置。
14.如权利要求11所述的挤压器，其特征在于，所述挤压器的L/D比值可达大约6。
15.如权利要求11所述的挤压器，其特征在于，所述挤压器具有一处于所述内孔中的螺杆组件。
16.如权利要求11所述的挤压器，其特征在于，所述挤压器具有一对处于所述内孔中的螺杆组件。
17.一种短长度烹制挤压器，包括：
一细长的管状筒体，它具有一原料入口和一间隔开的原料出口，并具有沿其长度有一系列间隔开的螺旋凸起部分和限定了一细长内孔的一内表面；
一处在所述内孔中的细长的、带螺纹的螺杆组件；
用来带动所述螺杆组件沿轴向旋转的装置；以及
一设置在所述原料出口处的带孔的挤压模，
所述内孔从所述入口至所述孔大致呈截头圆锥形的结构，并且其横截面积沿其长度随着接近所述模具而逐渐缩小，
在所述筒体内介于所述入口和出口之间设置有一带孔的原料限流装置，所述限流装置具有一上游端面和一与之相对的下游端面，所述上游端面比所述下游端面更接近所述入口，
所述螺杆组件在靠近所述限流装置的所述上游端面处每转一圈的送料量小于所述螺杆组件在所述限流装置的所述下游端面处每转一圈的送料量，
所述螺杆组件和所述限流装置协同作用，使所述限流装置的各个孔在所述挤压器的工作过程中基本连续地保持被原料充满的状态，
所述旋转装置的运转可带动所述筒体内的所述螺杆组件以至少大约500rpm的转速旋转，
所述挤压器的L/D比值可达大约6。
18.如权利要求17所述的挤压器，其特征在于，所述挤压器具有一处于所述内孔中的螺杆组件。
19.如权利要求17所述的挤压器，其特征在于，所述挤压器具有一对处于所述内孔中的螺杆组件。
20.一种可食用原料的挤压烹制方法，包括如下步骤：
使所述可食用原料进入一细长挤压器的入口，所述挤压器具有一筒体，该筒体上设置了一个最末端的挤压模，以及一能在所述筒体内沿轴向旋转的带螺纹的内螺杆，以及
使所述螺杆组件以至少为500rpm的速度旋转，以将所述原料从所述入口起沿所述内孔的长度方向推进，并最终从所述挤压模排出，而且所述原料至少部分地得以烹制，在所述原料的推进过程中，使所述原料在所述筒体内介于所述入口和所述挤压模之间的一个区域内完全充满并塞满，
所述螺杆组件在所述区域附近并且接近所述入口处的每转一圈的送料量小于所述螺杆组件在所述区域附近并接近所述模具处的每转一圈的送料量。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：使所述原料通过处于所述区域内的一个带孔的限流装置，所述螺杆组件和所述限流装置使所述限流装置的各个孔在所述挤压器的工作过程中基本连续地保持被原料充满的状态。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：使所述原料通过一预处理器，以便在所述原料进入所述入口之前对该原料加以润湿和部分的烹制。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤：在所述螺杆组件的旋转过程中，将水份喷入所述筒体。
24.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述挤压器是一单螺杆挤压器。
25.一种短长度烹制挤压器，包括：
一细长的管状筒体，它具有一原料入口和一间隔开的原料出口，并具有一限定了一细长内孔的内表面，所述内孔至少沿其长度方向的一部分大致呈截头圆锥形的结构；
一处在所述内孔中的细长的、带螺纹的螺杆组件；
用来带动所述螺杆组件沿轴向旋转的装置；以及
一设置在所述原料出口处的带孔的挤压模，
在所述筒体内介于所述入口和出口之间设置有构成一原料限流的装置，所述限流形成装置有一上游范围和一与之相对的下游范围，所述上游范围比所述下游范围更接近所述入口，
所述挤压器的L/D比值可达6。
26.如权利要求25所述的挤压器，其特征在于，所述内孔基本上沿其整个长度方向呈带锥度的、大致为截头圆锥形的结构。
27.如权利要求25所述的挤压器，其特征在于，所述限流形成装置包括一处在所述内孔中并介于所述入口和所述出口之间的带孔的限流装置。
28.如权利要求25所述的挤压器，其特征在于，在所述筒体内设置有一单螺杆组件。
29.如权利要求25所述挤压器，其特征在于，在所述筒体内设置有一对螺杆组件。
30.一种短长度烹制挤压器，包括：
一细长的管状筒体，它具有一原料入口和一间隔开的原料出口，并具有一限定了一细长内孔的内表面；
一处在所述内孔中的细长的、带螺纹的螺杆组件；
用来带动所述螺杆组件沿轴向旋转的装置；以及
一设置在所述原料出口处的带孔的挤压模，
在所述筒体内介于所述入口和出口之间设有构成一原料限流的装置，所述限流形成装置具有一上游范围和一与之相对的下游范围，所述上游范围比所述下游范围更接近所述入口，
所述筒体内孔内靠近所述下游范围的自由体积大于所述筒体内孔内靠近所述上游范围的自由体积。
31.一种短长度烹制挤压器，包括：
一细长的管状筒体，它具有一原料入口和一间隔开的原料出口，并具有一限定了一细长内孔的内表面，所述内孔至少沿其长度方向的一部分大致呈截头圆锥形的结构；
一处在所述内孔中的细长的、带螺纹的螺杆组件；
用来带动所述螺杆组件以至少大约500rpm的转速沿轴向旋转的装置；以及
一设置在所述原料出口处的带孔的挤压模，
所述挤压器的L/D比值可达6。
32.一种可食用原料的挤压烹制方法，包括如下步骤：
使所述可食用原料进入一细长挤压器的入口，所述挤压器具有一筒体，该筒体上设置了一个最末端的挤压模，以及一能在所述筒体内沿轴向旋转的带螺纹的内螺杆，
所述挤压器的L/D比值可达6；以及
使所述螺杆组件以至少为500rpm的速度旋转，以便让所述原料从所述入口起沿所述内孔的长度方向推进，并最终从所述挤压模排出，而且所述可食用原料至少部分地得以烹制。
33.一种可食用原料的挤压烹制方法，包括如下步骤：
使所述可食用原料进入一细长挤压器的入口，所述挤压器具有一筒体，该筒体上设置了一个最末端的挤压模，以及一能在所述筒体内沿轴向旋转的带螺纹的内螺杆组件，
所述挤压器的L/D比值可达6；以及
使所述螺杆组件以至少为500rpm的速度旋转，以便让所述原料从所述入口起沿所述内孔的长度方向推进，并最终从所述挤压模排出，而且所述可食用原料至少部分地得以烹制，所述原料在所述挤压筒体内的停留时间是大约2-9秒。
34.一种可食用原料的挤压烹制方法，包括如下步骤：
使所述可食用原料进入一细长的挤压器的入口，所述挤压器具有一筒体，该筒体上设置了一个最末端的挤压模，以及一能在所述筒体内沿轴向旋转的带螺纹的内螺杆组件；以及
使所述螺杆组件旋转，以便让所述原料从所述入口起沿所述内孔的长度方向推进，并最终从所述挤压模排出，而且所述可食用原料至少部分地得以烹制，
所述原料在所述挤压器内中的停留时间是大约2-9秒。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述停留时间大约是2-6秒。
36.一种可食用原料的挤压烹制方法，包括如下步骤：
形成一可食用原料混合物，这种混合物包括一定数量的蛋白质和淀粉、以及从氨基酸、维生素及其混合物所构成的组中加以选择的一营养成分；
使所述可食用原料进入一细长的挤压器的入口，所述挤压器具有一筒体，该筒体上设置了一个最末端的挤压模，以及一能在所述筒体内沿轴向旋转的带螺纹的内螺杆组件；以及
使所述螺杆组件旋转，以便让所述原料从所述入口起沿所述内孔的长度方向推进，并最终从所述挤压模排出，从而获得至少部分得以烹制的可食用的挤压物，
所述挤压物内至少含有大约60％的胶凝状的淀粉含量，其内至少有大约90％的所述营养成分处于基本上有营养效果的、未遭破坏的状态。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述挤压物内至少有大约95％的所述营养成分处于基本上有营养效果的、未遭破坏的状态。
38.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述营养成分包括：赖氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、精氨酸、苏氨酸、色氨酸、组氨酸、异白氨酸和苯基丙氨酸。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述营养成分包括一种自由氨基酸。
40.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述营养成分包括一种多肽。
41.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述营养成分包括维生素A。
42.一种挤压烹制饲料产品，包括：通过挤压烹制初始成份而形成的可食用的挤压体，所述初始成份包括一定数量的蛋白质和淀粉，以及可从氨基酸、维生素及其混合物所组成的组中加以选择的适量的营养成分，所述挤压烹制产品的淀粉含量内至少有60％是胶凝的，其内至少有90％的营养成分处于基本上为有营养效果、未遭破坏的状态。
43.如权利要求42所述的饲料产品，其特征在于，所述挤压烹制产品至少有大约95％的所述营养成分处于基本上为有营养效果、未遭破坏的状态。
44.如权利要求42所述的饲料产品，其特征在于，所述营养成分包括：赖氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、精氨酸、苏氨酸、色氨酸、组氨酸、异白氨酸和苯基丙氨酸。
45.如权利要求44所述的饲料产品，其特征在于，所述营养成分包括一种自由氨基酸。
46.如权利要求44所述的饲料产品，其特征在于，所述营养成分包括一种多肽。
47.如权利要求42所述的饲料产品，其特征在于，所述营养成分包括维生素A。
48.如权利要求42所述的饲料产品，其特征在于，所述淀粉含量内有大约65％-85％处于胶凝状态。
49.一种可食用原料的挤压烹制方法，包括如下步骤：
使所述可食用原料进入一细长挤压器的入口，所述挤压器具有一筒体、设置在该筒体内的可沿轴向旋转的带螺纹的内螺杆组件、以及一个最末端的挤压模，所述挤压模具有一靠近所述螺杆组件的内端面，它限定了所述筒体的出口；以及
使所述螺杆组件以至少为500rpm的速度旋转，以便让所述原料从所述入口起沿所述内孔的长度方向推进，并最终从所述挤压模排出，而且所述可食用原料至少部分地得以烹制，
在从所述挤压模的内端面起沿所述螺杆组件的长度方向向后离开的距离是挤压筒最大直径D的1.5倍的那一点上，所述挤压筒体内的压力基本上是大气压力，而在所述挤压筒体内紧靠所述挤压模的所述内表面处的压力至少是大约100psi。
50.如权利要求49所述的方法，其特征在于，在所述挤压筒体内紧靠所述挤压模的所述内表面处的压力至少是大约300Psi。
51.如权利要求49所述的方法，其特征在于，所述螺杆组件端点速度是大约400-1600英尺/分钟。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于，所述螺杆组件端点速度是大约700-900英尺/分钟。
53.一种致密、坚硬、高烹制的饲料产品，包括：一具有一定数量蛋白质和淀粉的可食用的挤压体，所述挤压体的体积密度至少为大约28磅/立方英尺，所述挤压体的淀粉成分内至少有60％呈胶凝状态，所述产品的颗粒耐久指数至少是大约90，并且该产品在58°F的水中浸泡4分钟后，其最大抗粉碎力小于其浸入水中之前的最大抗粉碎力的70％左右。
54.如权利要求53所述的产品，其特征在于，所述淀粉成分中有大约65-85％呈胶凝状态。
55.如权利要求53所述的产品，其特征在于，所述颗粒耐久指数至少是大约95。
56.如权利要求53所述的产品，其特征在于，该产品在58°F的水中浸泡8分钟后，其最大抗粉碎力可达其浸入水中之前的最大抗粉碎力的40％左右。
57.如权利要求53所述的产品，其特征在于，所述产品是猪饲料。
58.如权利要求53所述的产品，其特征在于，所述产品在刚刚挤压完成之后的水份含量可达大约20％重量百分比。
59.如权利要求58所述的产品，其特征在于，所述水份含量可达大约18％重量百分比。
60.如权利要求53所述的产品，其特征在于，所述产品的膨胀率小于30％。
61.一种致密、坚硬、高烹制的饲料产品，包括：一具有一定数量的蛋白质和淀粉的可食用的挤压体，所述挤压体的体积密度至少为大约28磅/立方英尺，所述挤压体的淀粉成分内至少有60％呈胶凝状态，所述产品的颗粒耐久指数至少是大约90。
62.一种致密、坚硬、高烹制的饲料产品，包括：一具有一定数量的蛋白质和淀粉的可食用的挤压体，所述挤压体的体积密度至少为大约28磅/立方英尺，所述挤压体的淀粉成分内至少有60％呈胶凝状态，并且该产品在58°F的水中浸泡4分钟后，其最大抗粉碎力小于其浸入水中之前的最大抗粉碎力的约70％。
63.一种水生动物饲料，包括：具有一定数量的鱼粉和谷物的可食用的挤压体，所述挤压体在挤压后的水份含量是大约10-18％重量百分比，其体积密度至少为大约28磅/立方英尺，PDI指数至少是大约90，并且比重大于1。
64.如权利要求63所述的水生动物饲料，其特征在于，所述挤压后的水份含量是大约11-16％重量百分比。
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