DE2830805A1

DE2830805A1 - Vorrichtung hoher leistung zur herstellung eines dichten, gleichmaessig geschichteten, fleischaehnlichen produktes

Info

Publication number: DE2830805A1
Application number: DE19782830805
Authority: DE
Inventors: Douglas Stuart Clark; Bobbie Wayne Hauck; Gene La Von Wenger
Original assignee: Wenger Manufacturing LLC
Current assignee: Wenger Manufacturing LLC
Priority date: 1977-07-15
Filing date: 1978-07-13
Publication date: 1979-01-18
Also published as: SU776535A3; BR7804567A; US4118164A; JPS55156555A; AR222016A1; PL208430A1; YU41833B; JPS5715858B2; FR2397159B1; IN149907B; GB2001001B; DE2830805C2; PH17693A; GB2001001A; YU162478A; FR2397159A1

Description

Vorrichtung hoher Leistung zur Herstellung eines dichten, gleichmässig geschichteten, fleischähnlichen Produktes

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Extruder hoher Leistung und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von fleischähnlichen Produkten, wie sie in dem US-Patent Nr. 3 97o 761 offenbart werden, und zwar mit relativ hohen Herstellungsgeschwindigkeiten, wie sie für kommerzielle Verfahren notwendig sind. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei dein ein heisses, fliessfähiges, auf Pflanzenprotein basierendes Material dxirch einen Extruderzylinder passiert, wobei das Material in der Mitte zwischen den Enden des letzteren gedrosselt wird, abwärts von dem ersten Drosselpunkt unterteilt wird, in der Nähe des Extrusionsendes des Zylinders wiedervereinigt und wieder gedrosselt wird und als ein geschichtetes Material extrudiert v/ird.

Das US-Patent 3 97o 761 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dichten, gleichmässig geschichteten, auf Pflanzeneiweiss basierenden fleischähnlichen Produktes, das als vollwertiger Ersatz für Fleisch verwendet werden kann, z.B. Schweinefleisch, Rindfleisch, Fisch und Geflügel in einer Vielzahl von Lebensmitteln. Das in diesem Patent beschriebene Verfahren bedeutet einen grösseren Durchbruch auf dem Gebiet des Extrusionskochens, und die daraus resultierenden Produkte übertreffen die vorherigen Fleisch-Streckmittel oder andere extrudierte Produkte bezüglich der Vielseitigkeit der Verwendung und der vorteilhaften organoleptischen Eigen-

809883/1050

schäften. Im Hinblick auf die Tatsache, dass das hier beschriebene Verfahren und die Vorrichtung in erster Linie auf die Herstellung von fleischähnlichen Produkten gerichtet sind, wie sie in dem US-Patent 3 97o 761 beschrieben werden, wird das letztere in die vorliegende Anmeldung zi~ tierenderweise übernommen.

Die Untersuchungen, welche zu den Verfahren führten, die in dem US-Patent 3 97o 761 beschrieben sind, wurden unter Verwendung einer Extruderausrüstung mittlerer Grosse avisgeführt, die eine relativ geringe Leistung aufwies. Im Zusammenhang mit diesen Experimenten wurde ein Paar von besonders konstruierten Extrudern des Wenger-Modells X-25 verwendet, um die Produkte herzustellen, deren Fotografien in das oben erwähnte Patent aufgenommen sind. Wie diese Fotografien zeigen, erwiesen sich die mit dieser relativ kleinen Ausrüstung hergestellten Produkte als in jeder Hinsicht überlegen über frühere Produkte; die Produkte erwiesen sich auch als akzeptabel als ein aus Brocken bestehender vollwertiger Fleischersatz.

Man versteht aber, dass eine derartige relativ kleine Ausrüstung für kommerzielle Unternehmungen grossen Ausmasses nicht ökonomisch ist. Um eine entsprechende wünschenswerte Ökonomie zu erreichen, ist es erforderlich, eine entsprechend grössere Extrusionsausrüstung zu verwenden, wie sie unter der Bezeichnung X-2oo von der Firma Wenger verkauft wird. In Anbetracht dieser Tatsachen wurden viele Versuche unternommen, die im Zusammenhang mit dem ursprünglichen Experiment verwendete Ausrüstung mittlerer Grosse (siehe US-Patent 3 97o 761) zu erweitern, um mit einer grossen Ausrüstung das Verfahren und das Produkt zu reproduzieren.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass eine einfache Vergrösserung der kleineren Ausrüstung, die ursprünglich ver-

809883/1050

wendet worden war, das Problem nicht löst, eine Vorrichtung hoher Leistung und ein Verfahren bereitzustellen, um die erwünschten fleischähnlichen Produkte herzustellen. Versuche, die Ausrüstung zu vergrössern, führten zu einem Zerren und Aufblähen des pflanzlichen Proteinmaterials an dem endständigen Extrudermundstück, was unbedingt vermieden werden muss, wenn ein gleichmässig geschichtetes, undeformiertes fleischähnliches Produkt hergestellt werden soll. Zudem zeigte das Produkt, das mit einer derartig vergrösserten Ausrüstung hergestellt worden war, oft eine unvollständige Schichtung oder ein körniges (grainy) Aussehen, das bei den fleischähnlichen P_rodukten, die mit der kleineren Ausrüstung hergestellt werden, nicht vorhanden war. Aus diesen und anderen Gründen ergab sich sehr schnell, dass das Problem, eine Vorrichtung hoher Leistung und ein Verfahren zur Herstellung der erwünschten fleischähnlichen Produkte vorzusehen,
weitaus komplexer ist, als ursprünglich angenommen wurde.

Es ist daher das v/ichtigste Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Extrusionsvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung von geschichteten, undeformierten fleischähnlichen Produkten des in dem US-Patent 3 97o 761 beschriebenen Typs bereitzustellen, und zwar mit Produktionsgeschwindigkeiten, die grossen kommerziellen Unternehmungen entsprechen, und weiterhin unter Vermeidung von Problemen bei der Verarbeitung, z.B. Verstopfen, Aufblähen und Zerren an dem endständigen Extrudermundstück und unregelmässige Schichtung des Endproduktes.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen endständigen Extruder (final extruder) bereitzustellen für die Verwendung bei der Durchführung des in dem US-Patent 3 97o 761 beschriebenen Verfahrens, der eine Vielzahl von axial fluchtenden Schneckenelementen (screw elements) aufweist, welche dazu dienen, um anfänglich eine Drossel zu

S09B33/1050

"bilden für das heisse, fliessfähige Material, das durch den Extruder passiert, und zwar an einem Punkt in der Mitte zwischen den Enden des Zylinders (barrel), weshalb eine Unterteilung des ursprünglich gedrosselten Materials abwärts von dem ersten Drosselpunkt möglich ist und eine Rekombination des Materials in Richtung des Extrusionsendes des Zylinders (barrel), um eine glatte, gleichförmige, stabile Extrusion als ein geschichtetes fleischähnliches Produkt zu erreichen«

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung des beschriebenen Typs bereitzustellen, bei der ein Paar von in Reihe angeordneten Extrudern verwendet wird, nämlich ein erster Extruder für das Erhitzen und Befeuchten einer Mischung, die aus einem pflanzlichen Protein-Material, wie Sojamehl, und Feuchtigkeit besteht, um diese heiss, fliessfähig und im wesentlichen denaturiert und umorientiert zu machen; ein zweiter Extruder, um das Extrudat von dem ersten Extruder aufzunehmen; der zweite Extruder vervollständigt das Extrusionskochen und stellt das erwünschte Endprodukt dadurch her, dass das Material anfänglich gedrosselt wird, dann unterteilt wird, um es durch und durch und gleichförmig zu kochen und zu befeuchten; das Material wird wieder gedrosselt und passiert eine längliche Ausdehnung in der Nähe des Extrusionsendes des Mundstückes, was die Schichtung des Produktes erleichtert.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand eines Beispiels und von Abbildungen gezeigt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht des Doppelextrusionsapparates gemäss der Erfindung,

809883/1050

Fig. 2 eine vergrösserte, fragmentarische Seitenansicht, welche den Fluss des Extrudats unter dem Einfluss der Gravitation von dem ersten Extruder in den Einlass des zweiten Extruders zeigt,

Fig. 3 einai fragmentarischen, schematischen Querschnitt des Extruderzylinders (extruder barrel) und der Schnekkenelemente (screw elements), welche einen Teil des zweiten Extruders bilden,

Fig. 4 eine vergrösserte, fragmentarische Ansicht des Teiles 1 des in Fig. 3 gezeigten Extruderzylinders; gezeigt wird der Übergang des seilähnlichen Extrudates von dem ersten Extruder durch die Sektion 1 des zweiten Extruders ,

Fig. 5 eine vergrösserte, fragmentarische Ansicht der Sektion 2 des in Fig. 3 gezeigten Extruders; gezeigt wird der Durchgang des Materials, das extrudiert werden soll, einschliesslich des Drosseins des Materials und der anfänglichen Unterteilung in eine wulstartige Struktur (beadlet-like structure), und

Fig. 6 eine vergrösserte, fragmentarische Ansicht der Sektion 3 des in Fig. 3 dargestellten Extruders; gezeigt wird der Durchgang des wulstartigen, unterteilten Materials durch die Sektion 3 des zweiten Extruders, die Rekombination an einem zweiten Drosselpunkt und die Extrusion als ein geschichtetes Produkt.

Die bevorzugte Doppelextrusionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird in den Fig. 1 und 2 illustriert. Ganz allgemein enthält diese Vorrichtung einen ersten Extruder 1o (im folgenden als Extruder Nr. 1 bezeichnet) und einen benachbarten zweiten Extruder 12 (im folgenden als Extruder Nr. 2

809883/1050

28308

bezeichnet), eine rotierende Schneidemesser-Anordnung 14 und einen konventionellen Produkttrockner-Kühler 16.Wie der Zeich nung zu entnehmen ist, "befindet sich der zweite Extruder in der Nähe des Auslasses des ersten Extruders 1o, und zwar in einer im allgemeinen senkrechten räumlichen Beziehung hierzu. Der Einlass 18 des Extruders 12 befindet sich in einer beabstandeten Beziehung unterhalb des Ausganges des Extruderendes des Extruders 1o, so dass das seilähnliche Extrudat 2o von letzterem durch die Atmosphäre in den Extruder 12 übergeht. Natürlich kann in anderen Fällen eine konventionelle Fördereinrichtung zwischen den ersten und zweiten Extruder geschaltet werden, um das Extrudat zu letzterem zu befördern. Die Bedeutung dieser Orientierung wird unten erläutert. Schliesslich ist eine konventionelle Fördereinrichtung 22 vorgesehen, um das fleischähnliche Produkt, das aus dem zweiten Extruder 12 herauskommt, zum Trockner/Kühler 16 zu befördern.

Im folgenden werden einige Details gebracht; der erste Extruder 1o, der in den Zeichnungen gezeigt wird, ist ein Wenger X-2oo-Extrusionskocher, v/elcher einen aufrechten, oben offenen, kegelstumpfartigen Materialtrichter 24 enthält, welcher oberhalb des Hauptkörpers des Extruders angebracht ist, um die trockenen Bestandteile, die verarbeitet werden sollen, aufzunehmen. Eine Auslassröhre 26 erstreckt sich von dem Boden des Trichters 24 zu einem länglichen Mischzylinder 28 hoher Geschwindigkeit. Dampf- und Wasserleitungen (nicht gezeigt) sind an dem Zylinder 28 angebracht, um selektiv Feuchtigkeitsmengen dorthin zu befördern, um diese innig beizumischen und vm die Temperatur der trockenen Bestandteile, die von dem Trichter 24 kommen, zu erhöhen. Zylinder 28 ist mit einem länglichen, mit vielen Köpfen versehenen Extruderzylinder 3o (extrusion barrel) wirkend verbunden. In diesem Falle enthält der Zylinder 3o (barrel) eine Serie von

809883/ 1050

axial ausgerichteten und miteinander verbundenen röhrenförmigen Köpfen,' von denen jeder mit Ummantelungen (nicht gezeigt) umgeben ist, um Erwärmungs- oder Kühlm^dien einzuführen, z.B. Dampf, kaltes Wasser oder ein anderes Kühlmittel, wie es benötigt wird, um die Temperatur der Mischung, welche durch die entsprechenden Gebiete des Zylinders 3o passiert, zu kontrollieren. Zusätzlich ist jeder Kopf mit Leitungen (nicht gezeigt) für die Zuführung und Ableitung des Fluidums versehen, und&er Zylinder 3o ist mit einem Einlass für Dampf und/oder Wasser versehen, so dass Feuchtigkeit direkt nach Wunsch der durchfliessenden Mischung zugeführt werden kann-Der Endkopf 32a des Zylinders 3o endet in einer Extruderplatte 34 mit einer Serie von Mundstücköffnungen(s.Fig. 2), so dass das Produkt, das in das rückwärtige Ende des Zylinders 3o eingeführt wird, von dem vorderen Ende extrudiert v/erden kann, und zwar in einer axialen Richtung bezüglich des Zylinders. In diesem Falle sind vier gleich voneinander entfernte und kreisförmrgy^Extruderöffnungen vorgesehen, aber selbstverständlich können andere Konfigurationen für die Extruderplatten verwendet werden.

Eine längliche, helixförmige Schraube einer Schneckenpresse mit Mehrfachgang (nicht gezeigt) befindet sich innerhalb des Zylinders 3o (barrel), um das Produkt durch den Zylinder zu bewegen, und zwar unter der Bedingung einer relativ hohen mechanischen Scherbeanspruchung, weiter unter Rühren und Druckanwendung. Wie üblich, besteht die Schnecke (auger) aus einer Reihe von axial miteinander verbundenen Schraubenelementen, die sich zusammenwirkend im wesentlichen über die ganze Länge des in Segmente unterteilten Zylinders 3o erstrecken. Die Antriebskraft für den Extruder 1o wird durch die Verwendung eines grossen elektrischen Motors 36 bereitgestellt, der über eine konventionelle Vorrichtung mit der Schnecke in dem Zylinder (barrel auger) verbunden

809883/1050

ist, um eine axiale Rotation der letzteren zu erwünschten Rotationsgeschwindigkeiten zu bewirken. Es ist auch eine konventi.onelle Steuereinrichtung vorgesehen, um die Betriebsparameter des Extruders 1o selektiv zu steuern und einzustellen, einschliessuch der Rotationsgeschwindigkeit der Extrusionsschnecke ( extrusion auger), der Feuchtigkeit, die dem Mischzylinder 28 und dem Extruderzylinder zugeführt wird, und des Typs und der Menge der Wärmeaustauschmedien, welche den einzelnen Ummantelungen des Zylinders 3o zugeführt werden. Wie oben bemerkt wurde, entspricht der erste Extruder 1o der vorliegenden ,Gesamtapparatur in mancherlei Hinsicht dem ersten Extruder, der in der US-Patentschrift 3 97o 761 beschrieben wird. Der Zweck des ersten Extruders im Falle der vorliegenden Erfindung und des oben erwähnten Patentes besteht darin, die Vorbehandlung einer Mischung zu übernehmen, die ein pflanzliches Proteinmaterial (z.B. Sojamehl) enthält und Feuchtigkeit, um die Mischung heiss, fliessfähig, denaturiert und im wesentlichen unorientiert zu machen; dementsprechend ist die Vergrösserung des ersten Extruders eine relativ einfache Sache, und zwar von dem relativ kleinen Modell X-25 auf die grosse Maschine X-2oo.

Der zweite Extruder 12 ist ebenfalls ein Wenger-Extruder X-2oo hoher Kapazität, der für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders modifiziert worden ist. Der Extruder 12 enthält einen länglichen Zylinder 38 (barrel), der eine Serie von ausgerichteten, anAen Enden miteinander verbundenen, röhrenförmigen Sektionen enthält, die später detailliert beschrieben werden. Zusätzlich enthält der Extruder 12 eine

längliche, röhrenförmige Verlängerung oder einen Mundstück-Äbstandhalter 40, der zwischen das endständige Extrusionsmundstück 42 und den benachbarten Kopf eingefügt ist. Eine konventionelle Antriebsvorrichtung 44 ist wirkend mit der länglichen Schnecke

809883/1050

-/-Af,

(auger) innerhalb des Zylinders 3o verbunden, um letztere in kontrollierter Weise rotieren su lassen,

Fig. 3 zeigt detailliert die Konfiguration des Zylinders 38 (barrel) und die darin enthaltenen fluchtenden, miteinander verbundenen Schraubenelemente. Der erste Kopf* 46 enthält eine eine Öffnung begrenzende Struktur 48, welche den Materialeinlass 18 für den Zylinder 38 darstellt. Die innere Wand des Kopfes 46 ist gleichförmig und entlang der Länge nach innen verjüngt, wie bei 5o gezeigt wird, während eine äussere Ummantelung 52 um den Kopf 46 herum angelegt ist, die einen kreisförmigen Durchgang 54 begrenzt, der zur Ein» führung der Wärmeaustauschmedien, wie Dampf oder Wasser, dient. Das erste Schraubenelement 56, das innerhalb des Kopfes 46 angebracht ist, enthält eine längliche Welle 58 (shaft) konstanten Durchmessers und gewendelte Schraubengänge 60 auf letzterer (helical flighting means). Es ist anzumerken, dass der Gang 6o (flighting) eine sich ändernde Steigung aufweist (pitch length), so dass die Gewindegänge in fortschreitender Richtung entlang der Welle 58 näher benachbart sind.

Der zweite Kopf 62 ist direkt mit dem Kopf 46 verbunden und enthält eine innere Seitenwand 64 konstanten Durchmessers und eine äussere Ummantelung 66, um den Durchgang 68 für die Wärmeaustauschmedien zu begrenzen. Das zweite Schraubenelement 7o, das drehbar innerhalb des Kopfes 62 angebracht ist. ist so gestaltet, dass es innerhalb des letzteren ein gleichförmig abnehmendes, freies Volumen darstellt. Zu diesem Zweck verjüngt sich die Welle 72 des Schraubenelementes 7o nach atissen vom Ende in der Nähe des Schraubenelementes 56 nach der inneren Wandoberfläche des umgebenden Kopfes hin. Der Schraubengang 74 (flighting) auf der Welle 72 ist ähnlich angeordnet, wobei die Schraubengangtiefe entlang der Welle 72 abnimmt.

809883/1050

Ein Hindernis zur Drosselung des Dampfes oder eine Platte (die) befindet sich zwischen den benachbarten Enden der Schraubenelemente 56 und 70. Das Hindernis zur Drosselung des Dampfes oder die Platte 76 weist eine konventionelle Konstruktion auf und dient dazu, um das Entstehen eines Druckes innerhalb des zweiten Kopfes 62 zu erleichtern. Der dritte Kopf 78, der vierte Kopf 80 und der fünfte Kopf 82 gleichen dem zweiten Kopf 62; demgemäß ist es nicht notwendig, Details dieser Köpfe zu beschreiben.

Das dritte Schraubeneleraent 84, das sich innerhalb des Kopfes 78 befindet, ist auch so gestaltet, daß es innerhalb des letzteren ein abnehmendes, freies Volumen bildet, und in der Tat sind die Elemente 84 und 70 so geformt, daß sie in ihrer Gesamtheit ein gleichmäßig abnehmendes, freies Volumen entlang der Länge der Köpfe 2 und 3 bilden. Auch hier wieder verläuft die Welle 85 des Schraubenelemontes 84 konisch nach außen in Richtung der umgebenden inneren Seitenwand des Kopfes 78, und die Tiefe des Schraubenganges 86 darauf verringert sich entsprechend. Der Steigungswinkel des Schraubonganges 74 und des Schraubenganges 86 ist identisch. Dieser Steigungswinkel ist größer als der des Schraubenganges 60 (flighting). Die Schraubenelemente 70 und 84 dienen dazu, das durch den Einlaß 18 eingeführte Material entlang der zugehörigen Länge des Zylinders 38 schnell zu fördern.

Das vierte Schraubenelement 88 enthält eine zylinderförmige zentrale Welle 90 konstanten Durchmessers, ebenso einen peripheren Schraubengang 92 (flighting). Der Steigungswinkel des Schraubenganges 92 ist wesentlich kleiner als der des Schraubenganges 86; ein Gebiet 94 unterbrochener Schraubengänge (cut-flight area) oder eine verlängerte Sektion, wo ein Teil des Schraubenganges entfernt ist, ist an dem Schraubenelement 88 vorgesehen. Wie der Abbildung zu entnehmen ist, er-

809883/1050

streckt sich das Gebiet des unterbrochenen Schraubenganges von der Kante des Elementes 88, und zwar in einiger Entfernung von dem Element 84 auf dem halben Wege entlang der Länge des Elementes 88. Fine and.ere Vorrichtung 96 zur Drosselung des Dampfes ist in der Nähe des vorderen Endes des Schraubenelementes 88 vorgesehen, wobei die Drosselvorrichtuiigen 96 und 76 für Dampf gleich sind.

Das fünfte Schraubenelement 98 bildet ein konstantes, freies Volumen innerhalb des umgebenden Kopfes 82, weshalb das EItment 98 eine verlängerte Welle 100 enthält und einen Schraubengang 102, der mit einem Steigungswinkel angeordnet ist, der größer ist als derjenige dos Schraubenganges 92. Das freie Volumen innerhalb des Kopfes 82 ist jedoch größer als das entsprechende freie Volumen innerhalb des Kopfes 80; dies ist aus Gründen, die später erläutert werden, wichtig.

Der sechste Kopf 104 ist direkt verbunden mit dem vorderen Ende des Kopfes 82 und weist eine abnehmende, sich gleichmäßig verjüngende innere Seitenwand I06 und eine Ummantelung 108 auf, die einen Durchgang 110 bilden für ein Wärmeaustausch-Fluidum. Das sechste Schraubenelement 112 bildet ein gleichförmiges, freies Volumen entlang dessen Länge; es weist eine sich nach innen verjüngende Welle 114 und einen entsprechenden Schraubengang 116 von zunehmender Tiefe auf.

Der siebente Kopf 118 ist wesentlich kürzer als die bereits beschriebenen Köpfe; er weist eine kreisförmige innere Seitenwand 120 und eine Ummantelung 122 auf, die einen Durchgang 124 für ein Fluidum bildet.Das siebente Schraubenelement 126 ist eine Schraube konstanten Volumens, die eine zylinderförmige Welle 128 auf v/eist und einen Schraubengang 130, der mit einem Steigungswinkel angeordnet ist, der größer ist als derjenige des Schraubenganges 116.

809883/1050

Die röhrenförmige Verlängerung oder das Mundstück 40 ist direkt mit dem vorderen Ende des Kopfes 118 verbunden und bildet eine glatte, kreisförmige innere Seitenwand 132. Der Durchmesser des Abstandhalters 40 ist derart, daß der Fluß des Materials, das von dem siebenten Kopf kommt, im "wesentlichen unbehindert ist. Der Abstandhalter 40 dient in Wirklichkeit als ein achter Kopf im Zylinder 38 und weist eino Ummantelung 134 auf, welche einen Durchgang 136 für den Austausch des Fluidums umfaßt. Eine Extruderplatte 42 (die plate) ist über das Ende des Abstandhalters 40 montiert, und zwar in einiger Entfernung von dem Schraubenelement 126 und enthält eine Serie von kreisförmig angeordneten Mundstück-Öffnungen 138. Zusätzlich ist eine Vorrichtung in Form einer geschossförmigen Struktur 140 zur Ausrichtung des Flusses vorgesehen, und zwar innerhalb des Abstandhalters 40 in Nachbarschaft der Platte 42, um die Schichtung des Materials, das extrudiert wird, zu erleichtern.

Obwohl sie nicht für den Betrieb des Extruders 12 wesentlich sind, ist eine Reihe von gerippten Buchsen (ribbed sleeves) vorgesehen, und zwar in den Köpfen 1 bis 7. Die Buchsen innerhalb der Köpfe 1 und 3 bis 7 haben eine Vielzahl von angeordneten, longitudinal orientierten, sich am Umfang radial nach innen erstreckenden Rippen; die Buchse innerhalb des Kopfes 2 des Zylinders 33 ist jedoch mit einer kontinuierlichen, sich nach innen erstreckenden helixförmigen Rippe ausgestattet.

Obwohl in den Zeichnungen im Detail nicht gezeigt, versteht es sich, daß Leitungen für das entsprechende Fluidum zu jedem separaten Wärmeaustauschdurchgang vorgesehen sind, der einen entsprechenden Kopf des Zylinders 38 umgibt. Diese Maßnahme dient dazu, um eine selektive Einführung von Dampf und/oder Wasser nach Bedarf zu ermöglichen, tun die Temperatur zu steuern. Zudem werden Durchlässe (nicht

809883/1050

gezeigt) durch die Köpfe vorgesehen, um eine Meßeinrichtung einzuführen, z.B. ein Thermoelement oder dergleichen; es kann aber auch Dampf direkt in den Zylinder 38 eingeführt werden. Diese Hilfsmittel sind dem Fachmann gut bekannt.

Bei der praktischen Durchführung passiert eine Mischung aus einem pflanzlichen Protein und Feuchtigkeit zusammen mit anderen erwünschten Zusätzen nacheinander durch die Extruder 10 und 12, um die erwünschten fleischähnlichen Produkte herzustellen. Das pflanzliche Protein wird vorzugsweise aus der Gruppe genommen, zu der folgende Stoffe gehören: entfettete Öisaatmehle oder Konzentrate, Proteine der Sojabohne, des Weizens, des Mais, Baumwollsamen, des Rapssamen, der Erdnuß, von Sesam, der Sonnenblume, der Mungobohne und deren Mischungen, zusammen mit Feuchtigkeit (entweder in der Form von Dampf und/oder Wasser), so daß die Mischung anfänglich 20 bis 55 Gew.-% Feuchtigkeit enthält, vorzugsweise ungefähr 30 bis 45 Gew.-?o Feuchtigkeit. Wie in dem vorliegenden Falle bezieht sich der Feuchtigkeitsgehalt auf die insgesamt vorhandene Feuchtigkeit, d.h. auf die native Feuchtigkeit und die zugefügte Feuchtigkeit. Besonders bevorzugt wird ein Material aus der Gruppe bestehend aus entfettetem Sojamehl, Sojabohnenmehl, Weizengluten, Maisgluten, entfettetem Baumwollsamenmehl, pflanzlichen Proteinkonzentraten, aus Pflanzen isolierte Materialien, Erdnußöl, Sojakonzentrate, Rapssamenmehl, Rapssamenkonzentrate, Sesammehl, Sonnenblumenmehl, Mungobohnenmehl, und deren Mischungen zusammen mit Feuchtigkeit, um die Mischung herzustellen. Bei der Verwendung der beschriebenen Vorrichtung besteht der erste Verfahrensschritt darin, daß die vorher vermischten trockenen Komponenten mit Dampf und/oder Wasser in dem Mischzylinder des ersten Extruders vermischt werden, und zwar bei einer Temperatur, die im Bereich

809883/1050

von 79⁰C Ms 121⁰C liegt. Bei diesem Verfahrens schritt passiert das vorgemischte Material auf die übliche Weise den Extruder Zylinder Nr. 1 _t um das vorher gemischte Material heiß, fließfähig, im wesentlichen nicht-orientiert und nicht-texturiert zu machen. Dies wird dadurch erleichtert, daß den einzelnen Köpfen des ersten Extruders die entsprechenden Wärmeaustauschmedien zugeführt werden; beispielsweise kann Wasser gewissen vorderen Köpfen zugeführt werden, während den übrigen Köpfen Dampf zugeführt wird. Das Material wird vorzugsweise bei einer Temperatur von ungefähr 65 bio 149⁰C extrudiert (vorzugsweise bei einer Temperatur von ungefähr 93⁰C bis 135⁰C) und bei einem Druck von ungefähr 0,35 bis 10,5 kp/cm Überdruck (vorzugsweise 2,8 bis 5,6 kp/cm Überdruck); diese Bedingungen sind jedoch nicht kritisch. Wie am besten der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist das aus dem ersten Extruder extrudierte Material die Form eines heißen, klebenden, schaumartigen, thermoplastischen Seils 20 auf. Dieses Extrudat passiert die Atmosphäre, um unerwünschte Duftpräkursoren, die darin enthalten sind, zu verflüchtigen; dann erfolgt der Übergang in den Einlaß 18 des zweiten Extruders 12.

Der Betrieb des Extruders 12 bezüglich des Kochens und des Formens des vorbehandelten pflanzlichen Proteins aus Feldfrüchten wird am besten anhand der Figuren 4 bis 6 beschrieben; diese zeigen die physikalischen Änderungen des Extrudates 20 in den entsprechenden Sektionen 1, 2 und 3 (siehe Fig. 3). Die unmittelbar folgende Diskussion ist auf die beobachteten Veränderungen beschränkt, die innerhalb des Zylinders 38 an dem Sxtrusionsmaterial stattfinden. Diese Veränderungen erfolgen wegen der Geometrie des Zylinders und der Schraubenelemente lind wegen der Betriebsbedingungen, z.B. der Temperaturen und Drücke innerhalb des Zylinders. Die bevorzugten Temperaturen

809883/1050

283QSQ5

und Drücke v/erden im folgenden beschrieben und es versteht sich, daß diese im Zusammenwirken mit dem Zylinder u^d der Schraubenkonfiguration das erwünschte Produkt ergeben. Es versteht sich auch, daß die Unterteilung des Zylinders 38 im wesentlichen willkürlich ist und nur vorgenommen wird, um eine vollständige Beschreibung der Erfindung zu erleichtern; in Wirklichkeit handelt es sich um ein kontinuierliches Verfahren entlang der Länge des Zylinders 38, obwohl gewisse Verfahrenszonen oder Gebiete darin unterschieden v/erden können.

Auf jeden Fall wird das seilähnliche Extrudat 20, sobald es in den Einlaß 18 befördert wird, zuerst erfaßt und entlang der Länge der Sektion 46 bewegt, und zwar durch das erste Schraubonelernent 56 (pitch screw element) mit sich ändernder Steigung.Die-im al3.gemeinen helixförmige Bewegung des Extrudat es 20 wird fortgesetzt, bis dieses in den zweiten Kopf 62 gelangt, worauf das zweite Schraubenelement 70 das Extrudat erfaßt und vorwärtsbewegt. Der vergrößerte Steigungswinkel des Schraubenganges 74 (helix angle of flighting) dient dazu, um das Material schneller entlang dem Zylinder 38 zu bewegen, so daß die Stücke oder Sektionen des Extrudates 20 näher aneinandergerückt v/erden, und zwar für die Verdichtung am Ende, wie im folgenden beschrieben wird.

Fig. 5 ist zu entnehmen, daß das Extrudat 20 den dritten Kopf 78 passiert, wo nun das Verfahren der anfänglichen Verdichtung beginnt. Die Beobachtung des Materials in dem dritten Kopf zeigt, daß die länglichen Stücke des Extrudates 20 entlang der Länge des dritten Kopfes vereinzelt bleiben, aber die Stücke sind im allgemeinen verkleinert.

809883/1050

Der vierte Kopf 80, zusammen mit dem unterbrochenen Schraubengang 88 dient dazu, um die Stücke des Extrudates zu kombinieren; es ist der erste Drosselpunkt des Materials in dem Zylinder 38, wobei dieser erste Drosselpunkt das Bezugszeichen 142 trägt. Die relativ geringe Scnraubensteigung (pitch) und der Steigungswinkel des Schraubenganges 92 sind hauptsächlich verantwortlich für die Verdichtung des Materials innerhalb des vierten Kopfes, und zwar auch im Zusammenhang mit den unterbrochenen Schraubengängen 94 (cut-flight area). Der Teil der Schraube 88 mit unterbrochenen Gängen (cut-flight portion of screw) dient dazu, um die Verweilzeit des Materials innerhalb des vierten Kopfes zu verlängern, es wird aber auch dadurch sichergestellt, daß das Material gründlich vermischt wird und erhitzt.

Wenn, das verdichtete Material den vierten Kopf 80 verläßt und in den fünften Kopf 82 gelangt, wird das Material in eine große Anzahl von relativ kleinen, wulstartigen Massen 144 unterteilt oder zerkleinert. Diese Massen haben vorzugsweise einen Durchmesser von ungefähr 1,5 mm bis 12 mm und sie -weisen infolge der walzenden Bewegung, die innerhalb des Zylinders 82 auf sie übertragen wird, eine angenähert sphärische Gestalt auf. Diese Wulstbildung wird durch ein schnelles Entfernen von Dampf aus dem verdichteten Material beschleunigt, sobald dieses in den Kopf 5 gelangt, der ein größeres freies Volumen aufweist als der Kopf 4.

Diese wulstartigen Massen passieren durch den Kopf 82 in den sechsten Kopf 104. Während des Durchganges durch den fünften und sechsten Kopf werden die wulstförmigen Massen gründlich und gleichmäßig gekocht und in Gegenwart von Dampf befeuchtet. "Wie bereits beschrieben wurde, wird Dampf aus dem verdichteten Material entfernt, sobald es in den fünften Kopf gelangt, und

809883/1050

2530805

zwar von dem ersten Drosselpunkt innerhalb des vierten Kopfes kommend; da der Zylinder 38 geschlossen ist, kann dieser Dampf nicht entweichen.

Im letzten Teil des sechsten Kopfes 104 und des siebten Kopfes 118 werden die wulstförmigen Massen 144 wieder vereinigt, wobei sie einen zweiten Drosselpunkt des Materials 146 darstellen, der im siebten Kopf liegt. Nun passiert das wiedervereinigte Material in die Ausdehnung 40, damit es durch die Platte 42 in der Art extrudiert wird, wie sie in dem US-Patent 3 970 beschrieben ist. Auf dieses Patent wird besonders hingewiesen bezüglich der Details, Vielehe die Bildung einer geschichteten Struktur in dem endgültigen Extrudat betreffen; es wird jedoch angenommen, daß dies teilweise von der axialen Bewegung herrührt, die dem Material in der Ausdehnung 40 vor dem Extrudieren erteilt wird. Das geschichtete Produkt, das aus dem zweiten Extruder austritt, wird dann auf konventionelle Art und Weise geschnitten, getrocknet und gekühlt.

Bei der praktischen Durchführung wird der Zylinder 38 entlang der gesamten Länge erhitzt, und zwar durch Einführung von Dampf in die entsprechenden Durchgänge für die Wärmeaustauschmedien. Dies dient dazu, um das Material vollständig zu kochen und es verursacht, zusammen mit der Geometrie des Zylinders und der Schraube, die Bildung von Dampf in dem Material, was aus den oben angegebenen Gründen wichtig ist. Das Endprodukt wird vorteilhafterweise bei einer Temperatur von ungefähr 37,8⁰C bis 16O°C extrudiert, und zwar bei einem Druck von ungefähr 0,35 bis 5,62 kp/cm² Überdruck.

809883/1050

Die folgende Hypothese des Betriebes wurde aufgestellt, um versuchsweise zu erklären, warum die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung das erwünschte fleischähnliohe Produkt liefern kann, und zwar in hoher Ausbeute. Es versteht sich jedoch, daß-sich, die Erfinder dadurch nicht festlegen wollen auf irgendeine Theorie oder dergleichen; das folgende stellt nur eine mögliche Erklärung des Betriebes dar.

Es wird angenommen, daß das Hauptproblem bei der Vergrößerung der relativ kleinen Extruderausrüstung auf kommerzielle Einheiten darin besteht, daß die Wärme in der größeren Maschine schlechter auf das pflanzliche Proteinmaterial übertragen wird,· damit verbunden zeigen die größeren Maschinen die Tendenz, irregulär zu laufen, denn das darin enthaltene Extrusionsmaterial ist nicht gleichförmig erwärmt und befeuchtet. Das Problem der Wärmeübertragung scheint von drei Ursachen herzurühren: (1)Die mechanische Energie, die als Wärme pro Längeneinheit des Extruders pro Pfund des Produktes zerstreut wird, scheint niedriger zu sein beim Betrieb von kommerziellen Maschinen als beim Betrieb von relativ kleinen Einheiten; (2) das Wärmeübertraguiigs-Oberflächengebiet in einer kommerziellen Maschine ist ungefähr zweimal so groß pro Längeneinheit als in der kleinen Einheit, während der Ausstoß des Materials im Falle der kommerziellen Maschine dreimal größer ist; (3) das gleichmäßige Schleifen, Mischen und Homogenisieren des Materials, das extrudiert werden soll, ist im tieferen Schraubengang (flighting) der großen Maschine schwieriger als in den flacheren Schraubengängen der kleineren Einheit.

Um diese Probleme, die mit der Wärmeübertragung verbunden sind, zu lösen, wurde der beschriebene zweite Extruder 12 entwickelt. Es wird angenommen, daß der wichtigste Aspekt dieser Einheit

8098 83/105 0

die Bereitstellung eines Mittels betrifft, um innerhalb des Extruderzylinders das Material anfänglich zu drosseln, dieses stromab von dem Drosselpunkt zu unterteilen und das Material vor dem Extrudieren wieder zu vereinigen. Es wird angenommen, daß das Schraubenelemcnt 88 innerhalb des vierten Kopfes des Zylinders 38 drei Funktionen ausführt. 1: Die Sektion 80 innerhalb des Extruderzylinders führt zusätzliche Wärme dem Material innerhalb des vierten Kopfes zu. Dies rührt daher, daß das Material verdichtet ist und durch Druck gegen die innere Oberfläche des Zylinders gehalten wird; die Reibungsenergie ist auch hoch im vierten Kopf, was zu einem zusätzlichen Kochen des Materials führt. Intensives Erhitzen des Materials innerhalb des vierten Kopfes verursacht die Bildung von Dampf innerhalb des Materials, sobald die Feuchtigkeit innerhalb des Materials verdampft .

Die Schraube 88 dient auch dazu, um das Material zu mischen und zu homogenisieren, sobald es erhitzt wird. Das Gebiet unterbrochener Schraubengänge 94 bei dieser Schraube (cut-flight area) erleichtert beträchtlich das Vermischen, und zwar durch Verringerung der Förderwirksamkeit der Schraube und durch Störung der toten Zonen des Materials, die sich in den regulären helixförmigen ¥egen des Materials entwickeln; die regulären helixförmigen Wege werden durch die gleichmäßige Geometrie der ersten, nicht unterbrochenen Schraubengangsektion am hinteren Ende der Schraube 88 geschaffen. Die scharfen Kanten der unterbrochenen Schraubengänge schneiden auch in das Material ein, wodurch neue Oberflächen geschaffen v/erden, die sich wieder miteinander vereinigen und den Vermischungsvorgang unterstützen.

809883/1050

Schließlich arbeitet die Schraube 88 zusammen mit den schnell

fördernden Schraubenelementen innerhalb der Köpfe 2 und 3, um irgendwelche zeitlichen Fluktuationen der Zuführungsgeschwindigkeit in den Extruder 12 auszugleichen. Das Schraubenelement 88 dient also dazu, den Fluß des Materials gleichmäßig zu gestalten und das Material mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit in Richtung des Extrusionsendes des Extruders zu dosieren. Es ist bekannt, daß das Schichten und die Bildung des erwünschten fleischähnlichen Produktes am besten bei konstantem Materialfluß erfolgt; deswegen wird angenommen, daß die Dosierungsfunktion des Schraubenelementes Nr. 4 wichtig ist.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß das verdichtete und gedrosselte Material innerhalb des Kopfes Nr. 4 unterteilt wird, und zwar während des Durchganges durch den Kopf 4 in den fünften Kopf. Es wird angenommen, daß dies von dem raschen Freisetzen des Dampfes innerhalb des Materials herrührt, sobald das Material in den fünften Kopf gelangt. Dies verursacht ein Zerfetzen oder eine Explosion des Materials in viele einzelne Teilchen oder Massen und diese v/erden anschließend zu wulstartigen Massen gewalzt durch die relative Bewegung der Schraube.

Die Schraube 98, die sich innerhalb des Kopfes 5 befindet, enthält flache und relativ weite Schraubengänge, die, zusammen mit ihrer teilweisen Beladung durch Material zu einer sehr wirksamen Wärmeübertragung auf das pflanzliche Proteinmaterial führen. Das Material im fünften Kopf wird nicht gegen die innere Zylinderoberfläche gepreßt, denn die Förderkapazität des Kopfes 5 ist, bezüglich seines Volumens, größer als diejenige des Kopfes 4. Da in dieser Sektion wenig Reibungsenergie übertragen wird, wird das zusätzliche Kochen im fünften Kopf überwiegend von dem Vorhandensein von Dampf bewirkt. Dieselben Bedingungen sind auch im

809883/1050

sechsten Kopf anzutreffen, um ein gleichmäßiges Erhitzen des verkleinerten wulstföraigen Materials sicherzustellen.

Die Köpfe 5 und 6 können also als Dampfkammern angesehen werden, durch welche das pflanzliche Proteinmaterial befördert wird, und zwar in unterteiltem Zustand. Auf diese ¥eise wird die Temperatur und die Feuchtigkeit innerhalb der wulstartigen Massen 144 gleichförmig gehalten. Dies erleichtert die Produktion der erwünschten fleischähnlichen Produkte, denn es ist bekannt, daß eine gleichmäßige Temperatur und Feuchtigkeit im pflanzlichen Proteinmaterial wichtig ist für das Erreichen einer gleichförmigen Konsistenz und Viskosität des Materialflusses durch den Abstandhalter 40 (spacer);und dies führt seinerseits zu einem glatten Extrusionsfluß und zu einem gleichförmigen Produkt.

Im Kopf 7 wird das wulstförmige Material, das gleichförmig gekocht und befeuchtet worden ist, wiedervereinigt und als eine geschmolzene, gleichförmige Masse in den Abstandhalter 40 (spacer) gepumpt und dann durch die Platte 42 nach außen befördert. Bezüglich der Details des letzten Extrusionsvorganges, um das erwünschte fleischähnliche Produkt herzustellen, wird auf das US-Patent 3 970 761 verwiesen.

Man sieht also, daß die vorliegende Erfindung einen Extrusionsapparat hoher Leistung bereitstellt, zusammen mit dem entsprechenden Verfahren, um ein sehr erwünschtes, geschichtetes fleischähnliches Produkt herzustellen. Obwohl die vorliegende Erfindung vor allem einen relativ großen kommerziellen Apparat und die dazugehörige Methode betrifft, versteht es sich, daß die Prinzipien der Erfindung auch auf eine kleinere Ausrüstung mittlerer Größe anwendbar sind»

809883/1050

Die folgenden Beispiele erläutern die Verfahren der vorliegenden Erfindung, sie bedeuten jedoch keine Einsehränkung.

Beispiel I

Drei separate experimentelle Versuchsreihen wurden unteriioitmen, um ein geschichtetes, undeformiertes fleischähnliches Produkt herzustellen, und zwar unter Verwendung des doppelten Extrusions apparates, der in den Zeichnungen gezeigt ist.

Der erste Extruder war konventionell konstruiert; er hatte einen Einlaßtrichter, einen horizontalen Zuführer und einen Doppelmis chzylinder. Dieser Extruder hatte fünf Schraubensektionen mit Dampfdrosseln (steamlocks) dazwischen, um das Kochen des Materials auf Sojabasis zu erleichtern, das dem Extruder zugeführt wird. Eine konventionelle Platte mit vier Öffnungen des Durchmessers 15,5 mm wurde vor der letzten Schraube angebracht. Die entsprechenden Köpfe des Extruders wurden mit Ummantelungen versehen, um Wasser oder Dampf einzuführen, um die Temperatur zu kontrollieren.

Der Einlaß des zweiten Extruders befand sich in einer räumlichen Beziehung unterhalb des Extrusionsendes des ersten Extruders, um das Extrudat von dem letzteren aufzunehmen. Der zweite Extruder hatte sieben Köpfe, in denen sich sieben Schraubensektionen befanden, zusammen mit einem achten Kopf, der eine hohle, röhrenförmige Verlängerung bildete. Die im zweiten Extruder verwendeten Schrauben und anderen Komponenten waren genau dieselben, wie sie im Zusammenhang mit der Beschreibung des bevorzugten Apparats beschrieben wurden.

809883/1050

2-8308Q5

Die trockenen Materialien, welche in diesen Versuchsreihen verwendet wurden, "bestanden aus 3 000 Pfund entfettetem Sojamehl, 339,6 g des roten Farbstoffes Nr. 40, 136,2 g Natriumbisulfit und 15 Pfund Lecithin. (Andere oberflächenaktive Stoffe als die Schwefelverbindungen können bei den Verfahren verwendet werden.) Die Materialien wurden mit Dampf und Wasser in dem Mischzylinder des ersten Extruders vermischt und passierten den Zylinder des letzteren, wobei sich eine heiße, fließfähige und im wesentlichen unorientierte Mischung ergab. Dieses Extrudat wurde dann dem zweiter. Extruder zugeführt und passierte diesen, wie bereits beschrieben, wobei sich ein geschichtetes, undeformiertes fleischähnliches Produkt ergab, das dem in dem US-Patent 3 970 761 beschriebenen Produkt gleicht.

Während der Verarbeitung wurde Wasser durch die Ummantelungen geleitet, welche den ersten und zweiten Kopf des ersten Extruders umgaben; Dampf wurde durch die Ummantelungen geleitet, welche den dritten, vierten und fünften Kopf umgaben. Die den ersten Extruder betreffenden Daten sind in Tabelle I zusammengestellt.

809883/1050

Tabelle I - 1. Extruder

Dampf für Wasser für Tempera- Schrauben- Feuchtig-

Versuch den Misch- den Misch- tür im geschwin- m_ory,__OT,__+1ir, .._ keitsge-Nr. zylinder zylinder Misch- digkeit _{h&lt des}

zylinder (U/Min) 3»Kopf 4.Kopf 5.Kopf Produktes

(Gew.-96)

Dichte des Produktes (Pfund pro cbf)

1 2 3

40O¹ 450

450

1) Pfund pro Stunde

2) Pfund pro Minute

9,4'

6,3

99°C	263
99⁰C	263
99⁰C	263

121⁰C

82°C 79⁰C 79⁰C

121⁰C 124⁰C 124⁰C

25

Im Falle des Extruders Nr. 2 vairde Wasser in die Ummantelung geleitet, welche den ersten Kopf umgibt; in die Ummantelungen, welche die übrigen sechc Köpfe umgeben, wurde Dampf eingeleitet und ebenso in die röhrenförmige Ausdehnung (tubular extension) in Nachbarschaft des Extrusionsendes des Zylinders. Die drei Versuchsreihen im Falle des zweiten Zylinders waren einander sehr ähnlich; es herrschten folgende Bedingungen: Temperaturen in den Köpfen 3-3: 118⁰C, 146⁰C, 157-163⁰C, 149⁰C, 14O⁰C und 129°C; Feuchtigkeitsgehalt des extrudierten Produktes: 29,6 Gew.-?6; die Dichte des feuchten Produktes betrug 28-30 Pfund pro Kubikfuß.

Die fleischähnlichen Produkte, die bei den Versuchsreihen erhalten wurden, waren sehr gleichförmig und stellten dichte, im wesentlichen undeformierte. manuell trennbare, einzelne Schichten dar. Die fleischähnlichen Produkte glichen im Aussehen und bezüglich der anderen organoleptischen Eigenschaften den fleischähnlichen Produkten, die in dem US-Patent 3 970 761 beschrieben sind.

Während des Betriebes des zweiten Extruders wurde eine Öffnung im vierten Kopf geöffnet und die Probe, die daraus entnommen wurde, bestand ungefähr zu 80 % aus Feststoffen und zu 20 ⁰A aus Dampf. Derselbe Versuch wurde beim fünften Kopf gemacht, indem dort eine Öffnung geöffnet wurde und die Probe, die dort daraus entnommen wurde, bestand zu ungefähr 20 % aus wulstförmigen Feststoffen und zu 80 °/o aus Dampf. Der Druck, der in dem vierten Kopf gemessen wurde, betrug ungefähr 2,8 kp/cm und es wird daher angenommen_; daß zwischen dem vierten und siebten Kopf das auf Sojabasis beruhende Material in relativ kleine wulstartige Massen unterteilt wird, die in Gegenwart von Dampf gründlich und gleichförmig gekocht sind.

809883/1050

Nachdem die Betriebsdaten des zweiten Extruders aufgenommen worden waren, wurde dieser in noch beladenem Zustand angehalten und der Zylinder geöffnet. Dabei zeigte sich, daß die Schraubensektionen 1-3 nur teilweise gefu3.lt waren, wobei das seilähnliche Produkt in der dritten Sektion etwas zerkleinert war. Die vierte Schraube mit unterbrochenen Gängen (cut-flight screw) war vollständig mit dem Produkt gefüllt und wies einen Materialstopfen aufc Die fünfte Schraubensektion und der größte Teil der sechsten .Schraubensektion war nur teilweise mit zerteiltem, wulstartigem Material gefüllt. Der letzte Teil der sechsten Schraube und die ganze siebte Schraube waren vollständig mit Material gefüllt und stellten einen zweiten Materialstopfen dar; dieser Materialstopfen erstreckte sich durch die Verlängerung (extension) oder den Plattenabstandhalter (die spacer) (8. Kopf) bis zur endständigen Extrusionsplatte. In diesem letzten Teil wurde beobachtet, daß die Schichtung die fleischähnlichen Produkte gemäß der Erfindung ergab.

Beispiel II

Eine andere Reihe von experimentellen Versuchsreihen wurde mit dem doppelten Extrusionsapparat gemäß der Erfindung unternommen. Bei der Durchführung dieser Versuchsreihen wurden gewisse kleine Veränderungen vorgenommen, und zwar bezüglich der Details der Extruderausrüstung; in allen Fällen wurde jedoch eine Schraube mit unterbrochenen Gängen (cut-flight screw) verwendet, um einen Drosselpunkt in der Mitte der Längsausdehnung des Zylinders des zweiten Extruders zu schaffen; die anderen Schraubensektionen waren für die Unterteilung des Materials geschaffen, nachdem dieses anfänglich gedrosselt, wiedergedrosselt und extrudiert worden war. Wieder wurde der erste Extruder verwendet,um&as

809883/1050

21

hauptsächlich aus pflanzlichem Protein "bestehende Material heiß, fließfähig zu machen und im wesentlichen zu denaturieren. In allen wesentlichen Punkten glich der hier verwendete Apparat dem in den Zeichnungen dargestellten Apparat.

Die Produkte, welche Toei diesen Versuchsreihen erhalten wurden, glichen im allgemeinen den Produkten, die in dem US-Patent 3 970 761 beschrieben sind. Die Produkte waren insbesondere dicht und zeigten eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden, manuell trennbaren, undeformierten einzelnen Schichten.

Das trockene Material, das durch den doppelten Extrusionsapparat geführt wurde, glich exakt dem Material, das in Beispiel I verwendet wurde; Feuchtigkeit in Form von Wasser und/oder Dampf wurde zugeführt, und zwar in den Mischzylinder des ersten Extruders und in den Zylinder des zweiten Extruders. Zudem wurde der Einlaß des zweiten Extruders unterhalb der Extrusionsplatte des ersten Extruders angebracht und das Extrudat aus dem Extruder Nr. 1 fiel durch die Atmosphäre unter dem Einfluß der Schwerkraft in den zweiten Extruder.

Die in den Tabellen II und III zusammengestellten Daten wurden während dieser Versuchsreihen aufgenommen.

809883/1050

Tabelle II - 1. Extruder

Versuch Nr.

Dampf für den Mi s ch zylinder

Wasser für den Mischzylinder ·>)

Schraubengeschwin digkeit (U/Min)

Temperatur im
3. Kopf 4.Kopf 5.Kopf Düse (Pfund/cbf)

O CD OO OO

5 6 7

350 300 400

350

8,0 7,0 7,8 7,0

263 263 263 263

163⁰C

149	51	⁰C	140°	35°	C	111	⁰C
1	11	⁰C	1	04°	C	104	⁰C
1	32	⁰C	1	60°	C	115	⁰C
1	⁰C	1	C	100	⁰C

28,4

1) In allen Fällen zirkulierte Wasser um die Köpfe 1 und 2 und Dampf um die Köpfe 3, 4 und 5

2) Daten in Pfund pro Stunde

3) Daten in cc/Sekunde

CO

W ro

CO OO

Tabelle III - 2. Extruder

Zusatz von Versuch Wasser zu Nr.

dem Extruder ^J digkeit

.1)

Extruderge schwin-

Tenvoeraturen

Ausdennung

Dichte des

feuchten

Materials

Herstellungs geschwindig-

Hin) Kopf 4 Kopf 5 Kopf 6 Kopf 7 (Kopf 8) (Pfund/cbf) keit ²)

4	1,8	130
5	1,3	130
6	0,3	130
7	__	130

132⁰C 144⁰C 137⁰C 143⁰C

133⁰C 144⁰C 139⁰C 143⁰C

126⁰C — 13S⁰C 151⁰C

143⁰C 144° 137⁰C 138⁰C

143⁰C	25-P.8	36
143°C	28	32
16O⁰C	29	32
	28-32	32

1) Daten in Pfund pro Stunde

2) Daten in Pfund pro Minute

QD OJ CD OO CD

cn

Im zweiten Extruder zirkulierte Wasser um den ersten Kopf und Dampf zirkulierte um die Köpfe 2-6. Im Falle der Köpfe Nr. 7 und S wurde die Temperatur automatisch gesteuert, und zwar mit Hilfe bekannter Vorrichtungen, um in ihnen eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur aufrechtzuerhalten. Diese Temperatursteuerung tos tand darin, daß selektiv Dampf oder Wasser je nach Bedarf in die Ummantelungen eingeführt wurde _f welche den 7. und 8. Kopf umgaben.

Im Falle der vierten Versuchsreihe wurde ein Zerren und Aufblähen an der endständigen Extrusionsplatte des zweiten. Extruders beobachtet. Dies wurde auf die Produktionsgeschwindigkeit in diesem Versach zurückgeführt, welche ungefähr 36 Pfund pro Minute betrug. In den übrigen Versuchsreihen 5-7 wurde die Herstellungsgeschwindigkeit erniedrigt und dies führte zu sehr stabilen Betriebsbedingungen und zu einem gleichförmig geschichteten, konsistenten Produkt.

Die oben aufgeführten Beispiele zeigen, daß eine große Vielfalt von Betriebsbedingungen angewendet werden kann. Es wird angenommen, daß eine fast unbegrenzte Zahl von spezifischen Betriebsbedingungen verwendet werden kann, solange die Prinzipien der vorliegenden Erfindung beachtet werden.

Ein kommerziell brauchbarer Extrusionsapparat hoher Leistung und ein entsprechendes Verfahren wurde beschrieben zur Herstellung von auf pflanzlichem Protein basierenden fleischähnlichen Produkten, die durch einzelne, undeformierte, manuell trennbare fleischähnliche Schichten gekennzeichnet sind; mit dem erfindungsgemäßen Extrusionsapparat werden relativ hohe Herstellungsgeschwindigkeiten erreicht. Das Verfahren besteht

809 883/1050

darin, daß das heiße, feuchte, im voraus behandelte pflanzliche Proteinmaterial durch einen Extruderzylinder passiert und die Bildung eines ersten Drosselpunktes des Materials in der Mitte zwischen den Enden des Zylinders verursacht; stromab von dem ersten Drosselpunkt wird das Material unterteilt, und zwar in Gegenwart von Dampf, damit das Material gründlich gekocht und befeuchtet wird; das unterteilte Material wird in der Nähe des Extrusionsendes des Zylinders wieder verdichtet und dann wird das Material als ein dichtes, geschichtetes fleischähnliches Produkt extrudiert. Die Vorrichtung enthält vorzugsweise eine Vielzahl von speziell gestalteten, axial ausgerichteten Schraubenelementen innerhalb des Extruderzylinders, einschlieiJlich einer in der Mitte gelegenen Schraube mit unterbrochenem Schraubongang,um den ersten Drosselpunkt zu bilden; weiterhin vorhanden ist eine axiale Verlängerung oder ein Plattenabstandhalter am Extrusionsende des Zylinders, um die Schichtung des Endproduktes zu erleichtern. Der Herstellungsapparat enthält vorzugsweise ein Paar von Extrudern, um nacheinander das pflanzliche Proteinmaterial zu denaturieren und um es heiß und fließfähig zu machen, worauf das heiße Material als ein geschichtetes fleischähnliches Produkt von dem zweiten Extruder extrudiert werden kann.

809853/1050

Claims

Patentansprί 1 clic

1. Extruder zur Herstellung eines fleischähnlichen Erzeugnisses aus einer Mischung au ο xiflanzliohom Protein und Feuchtigkeit, dadurcli gekennzeichnet, daß ein länglicher, rohrfertiger Zylinder nalie seinem einen Ende einen MatcrialeinlaD und nahe seinem anderen Ende ein Errbrudcr-Ilundst-iick aufweist, das eine längliche, ura ihre Achse drehbare Schraube in dein Zylinder angeordnet ist, um das Material von dein Einlaß zu dem Mundstück und durch dieses hindurch zu bewegen, daß die Schnecke in Längsrichtung fluchtende erste, zweite und dritte; Abschnitte aufweist, daß der erste Schneckenabschnitt eiroon ersten Schiiockengang hat, ura das Material von dem Einlaß längs der Länge dos Zylinders zu dem zweiten Schneckcnab-. .schnitt zu "beweget^ daß der zweite Schneckenabschnitt einen zweiten Schneckongang aufweist, um das von dem ersten Abschnitt erhaltene Material zu verdichten und einen ersten HaterialpfrOpfen in dem Zylinder zu bilden, daß der Schneckenabschnitt zusätzliche Sehneckengängc aufweist, die mit dem benachbarten umgebenden Abschnitt des Zylinders zusammenwirken, um eine Unterteilung des verdichteten Materials während seiner Bewegung zu dem dritten Abschnitt zu ermöglichen, und daß der dritte Abschnitt einen dritten Schneckengang aufweist, um das zerteilte Material im wesentlichen wieder zu konibinieren und einen zweiten Materialpfropfen in dem Zylinder zu "bilden.

2.Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt ein Schneekenelemcnt mit unterbrochenen Schneckengängen aufweist, das dazu dient, die Verweilzeit des Materials in dem Bereich zu erhöhen, wodurch der erste Materialpfropfen gebildet wird.

809883/1050 ORIGINAL INSPECTED

^- 8 3 ü 8 C)

3. Extruder nach Anspruch 1, claciuroh gckcir.izci chuck, clr.iii clio zusätzlichem Gcv/indogängc und der damit riunanucuu'IrIrOn-Ao ILiIgGl)OiIaO Zylinder^nschnitt Dinen V-cr-cich vjn uru"hl;i!n freiem Voluncn innorlinlb den Zylinders bilden, vorglic-heu mit dom freion Volumen innerhalb dos Zylinders an der iitr.-lio wo der errs to Pfropfen gebildet wird.

h. Extrude;· imch Anspruch 1, dadurch f/okennxoicüno I, d:\i\ der dritte Abrschiiitt ein in Län^nriciitun;; konischer. ^Jchuoclx-uelonent auf-JCiCt, v/oboi der dan konincl)ü Eleneut uLificbondo Z3^rlindcrab;,chnitt vollständig konisch iat.

5. Eirtrudor r.cich Anspruch 1, dadurch {jckenriseiobnoi;, da" o.Lmo rohrförmicc, nLch in LLln^srichtun^ ereirechendo Vorl;in^oru^vif·; zviinclion dem Ende den ZjO-inderc, daa dei.i EinlaiJ abr-;o!:ohrü ist, und den Extrud-orniundotück befindet.

6. Extruder nach Anspruch '3, dadurch. Gekennzeichnet, daß dar. Hundstück ein Bauteil aufweist mit wehrorcn am Umfang angeordneten Öffnungen für eine in Längsrichtung erfolgendο Extrusion des Materials, und daß die Strömung leitender Einrichtungen innerhalb der Verlängerung angeordnet sind, um das Material zu den Öffnungen zu leiten.

7. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß οj nc Einrichtung vorgesehen ist, um die Temperatur des Materials zu ändern, v/enn es sich durch den Zylinder bewegt.

8. Extruder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung der Temperatur eine Reihe von Umraantelungen aufweist, die jev/eils um Bereiche des Z3^rlinders gelegt sind und zugehörige Zonen zur Aufnahme von die Temperatur ändernden Medien bild.en.

809883/1050 ORIGINAL INSPECTED

ü 8 3 ü 8 O b

9. Extruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, doi3 die Schnecke mehrere an ihren Enden miteinander ve-rbu-adone Sehneekonclomentc aufweist und daß eine Dampfsperre zwischen mindontens zwei benachbarten Elementen cngoorclnct

int.

10. Doppelc^truder zur Hern teilung einen dichten, gcschi eliteton, im -wesentlichen unverformten, fleischLhnlichcn Erzeugnisses, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Extruder zur Aufnahme eines Gemischs aus einen pflanzlichen Protein und Feuchtigkeit das Hateriol extrudicrt, um es heiß, feucht und im v;ecentlichen denaturiert und ungerichtet zu machen, daß ein rroeiter Kxtruder einen ländlichen, rohrfürni_t ^r;en Zylinder auf v/eist mit einem Materialoinlaß an noinom ej.nen Ende zur Aufnalime des e:::trudiorten Materials aus dem ersten Extrudei¹ und mit einem Extruder-j-lundütück noJie üeinen anderen Ende, daß eine längliche, um ihre Achse drehbare Schnecke in dem Zylinder angeordnet ist, um das zu o:^::tru~- diorende Material von dem Einlaß zu dem Mundstück und durch dieses hindurch zu be\;egon, daß die Schnecke erste, zvjoite und. dritte, in Längsrichtung ausgerichtete Abschnitte auf-■weist, daß der erste Schneckenabschnitt einen ersten Sehneckongang aufweist, um das Material von dein Einlaß entlang der Länge des Z3^rlinders ζ,υ. dem zweiten Schneckenabschnitt zu fördern, daß der zv/eito Abschnitt einen zweiten Schneckengang aufveist, um das von dem ersten Abschnitt erhaltene Material zu verdichten und einen ersten Materialpfropfen in dem Zylinder zu bilden, daß der Abschnitt zusätzliche Gewindegänge aufweist, die mit dem umgebenden Abschnitt des Zylinders zusammenwirken, um eine Zerkleinerung dos vordichteten Materials während seiner Bewegung zu dem dritten Abschnitt zu ermöglichen, und daß der dritte

8 0 9 H B 3 / 1 0 h 0 ORIGINAL INSPECTED

Abschnitt einen dritten Schneckengang aufweist, um das zerkleinerte Material im wesentlichen wieder zu kombinieren und einen zweiten Materialpfropfen in dem Zylinder zu bilden.

11. DoppelextrurOr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindereinlaß im Abstand zu dem Auslaß des ersten Extruders angeordnet ist, so daß das Material vor dem Eintritt in den Einlaß durch die Atmosphäre gelangt, damit sic3i unerwünschte Duftpräkursoren aus dem extrudierten Material verflüchtigen.

12. Doppolextrudor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Abschnitte ein Schneckenelement mit unterbrochenen Schneckengängen aufweisen, das dazu dient, die Verweilzeit des Materials in dem Bereich zu erhöhen, um den ersten Stopfen zu bilden.

13. Doppelextruder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Gewindegänge und der damit zusammenwirkende umgebende Zylinderabschnitt einen Bereich von erhöhtem freiem Volumen innerhalb des Zylinders bilden, verglichen mit dem freien Volumen innerhalb des Zylinders an der Stelle, wo der erste Stopfen gebildet wird.

14. Doppelextruder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine rohrförmige, sich in längsrichtung erstreckende Verlängerung zwischen dem Ende des Zylinders, das dem Einlaß abgekehrt ist, und dem Extrudermundstück befindet.

809883/1050

15. Verfahren zur Herstellung eines fleischähnlichen Erzeugnisses, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: Einbringen eines heißen, feuchten Materials, das pflanzliches Protein und Feuchtigkeit erhält, in den Zylinder eines länglichen Extruders; Bewegen des Materials entlang der Länge des Zylinders zur Bildung einer verdichteten Hasse des Materials, die einen ersten Materialpfropfen in dem Zylinder bildet; Bewegen des Materis.ls von dem ersten Pfropfen in einen Bereich in dem Zylinder stromab davon und Aufteilen des Materials; Bewegen des aufgeteilten Materials in eine Zone stromab dieses Bereichs und erneute Vereinigung des Materials zur Bildung einer weiteren verdichteten Masse, die einen zweiten Pfropfen in dem Zylinder bildet; Extrudieren der wieder kombinierten, verdichteten Masse des Materials aus dem Zylinder.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Aufteilens des Materials die Verfahrensschritte aufweist, daß dex¹ Innendruck in dem Zylinder auf einer die Aufteilung bewirkenden Höhe gehalten wird, und daß das Material von dem ersten Stoiofen in einen Bereich größeren freien Volumens als das freie Volumen in dem Bereich des ersten Stopfens bewegt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck in einer solchen Höhe gehalten wird, daß der Dampf schlagartig aus dem Material austritt, wenn es von dem ersten Stopfen in den Bereich größeren freien Volumens gelangt, um die Zerkleinerung des Materials zu bewirken.

809883/1050

18. Verfahren nach. Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Material durch den Bereich in Anwesenheit des Dampfes geführt wird, um das Material im wesentlichen gleichförmig zu erhitzen und Feuchtigkeit gleichförmig in dem Material zu verteilen.

Ϊ9. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das wieder vereinigte, verdichtete Material in einen länglichen Behandlungsbereich gebracht wird, ohne die Strömung des Materials dorthin wesentlich einzuschränken, und daß das Material aus diesem Bereich als dichtes, geschichtetes, fleischähnliches Erzeugnis extrudiert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material anfänglich extrudiert wird, um es heiß, feucht und in wesentlichen denaturiert und ungerichtet zu machen, und daß das anfänglich extrudiorte Material danach in den Esctrudorsylinder gebracht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch die Atmosphäre tritt, bevor es in den Zylinder gebracht wird, so daß sich unerwünschte Duftpräkursoron aus dem Material verflüchtigen.

22. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Zylinder extrudierte Material geschnitten und das geschnittene Material getrocknet und gekühlt wird.

23. Verfahren zur Herstellung eines dichten, geschichteten, im wesentlichen unverformten (untwisted) fleischähnlichen Erzeugnisses, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

809883/1050

Einbringen eines erhitzten, im wesentlichen denaturierten und ungerichteten Materials, das pflanzliches Protein und Feuchtigkeit enthält, in einen länglichen Extruder, der einen Zylinder aufweist und eine darin um ihre Achse drehbare Schnecke, Bewegen des Materials von dem Einlaß des Zylinders und Bildung einer verdichtexen Masse des Materials, die einen ersten Pfropfen in dem Zylinder bildet; anschliessendes Bewegen des Materials von dem ersten Pfropfen in .einen Bereich größeren Volumens in dem Zylinder und Zerkleinern des Materials; Bewegen des zerkleinerten Materials in dem Bereich in Anwesenheit von Dampf von dem ersten Stopfen weg und im wesentlichen gleichförmiges Heizen und Verteilen von Feuchtigkeit in dem Material; Bewegen des erhitzten und zerkleinerten Materials aus dem Bereich und erneute Kombination des Materials zwv Bildung einer weiteren verdichteten Masse, die einen zweiten Pfropfen in dem Zylinder bildet; Bewegen des wieder kombinierten, verdichteten Materials in einen länglichen Behandlungsbercich ohne wesentliche Beeinträchtigung der Strömung des Materials, Schichtung des Materials durch axiale Bewegung des Materials durch mindestens einen Teil des Bereichs; Extrudieren der Mischung aus dem Bereich als dichtes, geschichtetes, im wesentlichen unverformtes fleischähnliches Erzeugnis.

2k. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Material im ersten Pfropfen auf einer Temperatur und einem Druck gehalten wird, um den Dampf schlagartig austreten zu lassen, wenn das Material in den Bereich eintritt.

809883/ 1050