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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein verbessertes Extrusionskochverfahren,
wobei der Extruder eine minimale Länge aufweist, um Ausrüstungs-
und Instandhaltungskosten zu verringern. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf die Verwendung einer solchen Vorrichtung, wobei
die Innenbohrung des Extruderzylinders eine sich verjüngende,
allgemein kegelstumpfförmige
Ausgestaltung aufweist und die Extruderschnecke sich entsprechend
verjüngt.
Bei der Produktion von aufquellenden Nahrungsmittelerzeugnissen weist
der Extruder zwischen dem Einlass und der Extrusionsdüse vorzugsweise
eine Einrichtung auf, die eine Materialflussdrosselung darstellt.
Wenn kompakte, vollständig
gekochte, sterilisierte Nahrungsmittel mit geringer Feuchtigkeit
erwünscht
sind, wird der Extruder ohne eine Durchflussdrosselung in der Mitte
des Zylinders betrieben und er wird betrieben, um einen hohen Druck
innerhalb des Zylinders unmittelbar benachbart zu der Extruderdüse zu erzeugen.
Extrusionsvorrichtungen gemäß der Erfindung
werden bei einer hohen Drehzahl betrieben und können im Wesentlichen Durchsätze und
Erzeugnisqualitäten
von viel größeren Maschinen
erreichen.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Extrusionskochvorrichtungen
werden seit langem bei der Herstellung einer großen Vielzahl von essbaren und
anderen Erzeugnissen, wie zum Beispiel von menschlichen und tierischen
Nahrungsmitteln verwendet. Allgemein ausgedrückt weisen diese Extrudertypen
einen länglichen
Zylinder, zusammen mit einer oder mehreren inneren, schraubenförmigen,
axial drehbaren Extrusionsschnecken darin auf. Der Auslass des Extrusionszylinders
ist mit einer durchlöcherten
Extrusionsdüse
versehen. Bei Verwendung wird ein zu verarbeitendes Material in
den Extruderzylinder eingegeben und durch ihn hindurch geführt und
ansteigenden Temperatur-, Druck- und Scherbeanspruchungspegeln ausgesetzt.
Wenn das Material aus der Extruderdüse austritt, ist es vollständig gekocht
und geformt und kann normalerweise unter Verwendung einer Drehmesseranordnung
geteilt werden. Herkömmliche
Extruder dieses Typs sind in den US-Patenten Nr. 4,763,569; 4,118,164 und
3,117,006 offenbart.
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Die
meisten herkömmlichen
modernen Extrusionskocher sind aus einer Reihe von miteinander verbundenen
Zylinderköpfen
oder Zylinderabschnitten aufgebaut, wobei die Innenschnecke(n) ebenfalls
unterteilt ist (sind) und auf einer angetriebenen, drehbaren Welle
(auf angetriebenen drehbaren Wellen) angebracht ist (sind). Um den
gewünschten
Kochpegel zu erreichen, hat es sich als erforderlich erwiesen, relativ
lange Zylinder und dazugehörige
Schnecken vorzusehen. Somit weisen viele Hochleistungs-Maschinen zur Herstellung von
pelletierten Nahrungsmitteln fünf
bis acht Zylinderabschnitte auf und haben eine Länge von etwa dem 10- bis 20-fachen
des Schneckendurchmessers. Wie zu erkennen ist, sind solche langen
Extruder teuer und rufen darüber
hinaus Probleme hervor, die mit der korrekten Lagerung der Extrusionsschnecke(n)
innerhalb des Zylinders verbunden sind. Frühere Versuche zur Verwendung
von relativ kurzen Extrudern sind jedoch erfolglos gewesen und litten
unter Problemen von unzureichendem Kochen und/oder relativ geringen
Erträgen.
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In
den letzten Jahren sind Versuche unternommen worden, Extrusionsausrüstungen
bei der Herstellung von pelletierten Nahrungsmitteln zu verwenden.
Die Extrusion ist in diesem Zusammenhang vorteilhaft, weil Extrusionszustände die
Erzeugnisse wirksam sterilisieren. Nach herkömmlichen Extrusionsverfahren
hergestellte Pellets sind jedoch oft zu hart und lösen sich
nicht leicht in Wasser auf. Solche harten Pellets können den
Magen von Tieren durchwandern, wobei sie größtenteils intakt und unverdaut
bleiben. Ein anderes Problem, das mit durch Extrusion hergestellten
Nahrungsmitteln verbunden ist, besteht darin, dass Nährstoffe
wie Aminosäuren
und Vitamine wesentlich abgebaut und während der Verarbeitung durch
Wärme denaturiert
(vergällt)
werden. Andererseits sind Erzeugnisse, die unter Verwendung herkömmlicher
Pellet-Mahlwerke hergestellt werden, obwohl sie viele erwünschte physikalische
und Ernährungseigenschaften
aufweisen, unzureichend wärmeverarbeitet
und gekocht, so dass schädliche
Bakterien in den pelletierten Erzeugnissen verbleiben können. In
Reaktion auf diese Probleme ist vorgeschlagen worden, eine aus zwei
Komponenten bestehende Vorrichtung in Form eines Extruders zu verwenden
(die manchmal als eine "Expansionsmaschine" bezeichnet wird),
die mit einem Pellet-Mahlwerk
gekoppelt ist. Die Ausgangsmaterialien werden somit in dem Extruderabschnitt
gekocht und abschließend
in dem daran angebrachten Pellet-Mahlwerk geformt. Diese aus zwei
Komponenten bestehende Vorrichtung ist jedoch relativ teuer, insbesondere
für die
Herstellung von Tiernahrungsmitteln.
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Es
besteht somit im Fachgebiet ein Bedarf für verbesserte, billige, kurze
Extrudervorrichtungen, die im Wesentlichen den herkömmlichen
Langzylinder-Extrudern hinsichtlich Produktdurchsatz und Qualität gleichen.
Weiterhin ist ein Bedarf für
eine Extrudervorrichtung vorhanden, die Nahrungsmittel produzieren
kann, die im Wesentlichen nicht-abgebaute Nährstoffe enthalten, die in
hohem Grade gekocht sind und erwünschte Verdauungseigenschaften
aufweisen, die denen herkömmlicher
Nahrungsmittel gleichen, die unter Verwendung eines Pellet-Mahlwerks
hergestellt werden.
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US-A-5,480,673
offenbart einen Extrusionsprozess für die Herstellung von Tiernahrungsmitteln.
Das Patent legt dar, dass in einigen seiner Beispiele (Lauf Nr.
5) der Extruder bei einer Drehzahl von 417 U/Min betrieben wird.
Diese Darlegung ist jedoch falsch. Gemäß einer schriftlichen Erklärung des
Erfinders von US-A-5,480,673 (das jetzt ebenfalls dem Anmelder der
vorliegenden Erfindung gehört)
betrug die tatsächliche Drehzahl
der Extruderwelle für
diesen Lauf 85–105
U/Min.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht
ist.
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Die
Extruderzylinder, die in der Erfindung verwendet werden, weisen
normalerweise Oberflächen
auf, die eine innere Bohrung definieren und ausgestaltet sind, um
beabstandete, schraubenförmige
Rippenabschnitte entlang der Länge
davon darzustellen. Diese Rippen unterstützen das Mischen und Kochen
des Materials während
der Bewegung entlang einer kurzen Länge der Extruderzylinder. Diese
Wirkung wird durch relativ hohe Drehzahlen der entsprechenden Schneckenanordnungen
verstärkt.
In der Praxis werden die Schneckenanordnungen mit einer Drehzahl
von mindestens 500 U/Min betrieben, bevorzugter bei mindestens 550 U/Min
und noch bevorzugter bei mindestens 600 U/Min. Der bevorzugteste
Drehzahlbereich reicht von etwa 600–1500 U/Min.
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Die
kurzen Extruder, die in der Erfindung verwendet werden haben ein
Verhältnis
der Länge
zum maximalen Durchmesser (L/D-Verhältnis) bis
zu etwa 6 und bevorzugter von etwa 3–6. Somit können die Vorrichtungen gemäß der Erfindung
mit bedeutend geringeren Kosten im Vergleich zu den herkömmlichen
Kochextrudern hergestellt werden. Ferner sind die Kosten für Instandhaltung
und das Auswechseln von Bauteilen verringert.
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Die
Verfahren gemäß der Erfindung
sind insbesondere für
die Vorbereitung von Nahrungsmittelprodukten, insbesondere von Tiernahrungsmittelprodukten
geeignet. Solche Produkte können
sehr vielfältig
sein, wie zum Beispiel normale Pellet-Produkte oder Pelletprodukte
mit größerer Dichte.
Die Ausgangsmaterialien für
aufquellbare oder kompakte Nahrungsmittel weisen üblicherweise
einen hohen Kornanteil von mindestens etwa 40 Gewichtsprozenten
(z. B. Mais, Weizen, Sojabohnen, Milo (Sorghum), Eicheln) auf und
sie können Fette
und andere Nebenbestandteile einschließen. Aufquellbare Produkte
gemäß der Erfindung
würden
normalerweise eine Enddichte (d. h. nach dem Trocknen) von etwa
240,3–400,5
kg/m3 (15–25 lb/ft3)
aufweisen, während
kompaktere Pellet-Produkte normalerweise eine Enddichte von etwa
480,6–801
kg/m3 (30–50 lb/ft3) aufweisen
würden.
Allgemein würden
somit Produkte der Erfindung Enddichten in der Größenordnung
von etwa 240,3–801
kg/m3 (15–50 lb/ft3)
aufweisen.
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Es
ist weiterhin ermittelt worden, dass gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellte Produkte im Wesentlichen keinen Verlust von Aminosäure- und/oder
Vitamin-Gehalt aufweisen, d. h. nicht mehr als etwa 10% Verlust
im Vergleich zu dem jeweiligen Aminosäuren- und/oder Vitamingehalten
der Ausgangsrezepturen und am bevorzugtesten weniger als 5% Verlust.
Anders ausgedrückt,
die Extrudate der Erfindung sollten mindestens 90% des Gesamt-Ausgangs-Aminosäuren- und/oder
Vitamingehalts darin in einer im Wesentlichen nährstoffmäßig aktiven und unabgebauten
Form enthalten und bevorzugter mindestens 95% davon. Der Gesamt-Aminosäurengehalt
leitet sich aus den Aminosäuren
ab, die in den Ausgangsbestandteilen vorhanden sind und aus der
Einbeziehung von Aminosäurenzusätzen. Solche
Zusätze
könnten
Lysin, Valin, Methionin, Arginin, Threonin, Trypophan, Histadin,
Isoleucin und Phenylalamin entweder als eine freie Aminosäure oder als
Rückstände in komplexeren
Additiven, wie zum Beispiel di-, tri- und anderen Polypeptiden sein. Der
Typ der Vitamine würde
von den Ernährungsanforderungen
bestimmt sein und es könnte
sich normalerweise um Eigenvitamine und/oder Vitamin-Vorgemische,
die eine Vielzahl von Vitaminen, einschließlich Vitamin A, enthalten,
handeln. Die Fähigkeit,
Aminosäuren-
und/oder Vitamin gehalte aufrechtzuerhalten, ist ein deutlicher Vorteil
gegenüber
der herkömmlichen
Verarbeitung, bei welcher der Aminosäuren- und Vitaminabbau während des
Extrusionskochens beträchtlich
sein kann.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine vertikale Schnittansicht,
die einen bevorzugten kurzen Extruder gemäß der Erfindung darstellt;
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2 ist eine Schnittansicht,
geschnitten entlang der Linie 2-2 von 1,
welche die Düsenanordnung
des Extruders in der Zylindermitte darstellt;
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3 ist eine Schnittansicht, ähnlich der
von 2, die jedoch eine
alternative Düsenkonstruktion
in der Zylindermitte darstellt;
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4 ist eine Schnittansicht, ähnlich der
von 2, die einen kurzen
Extruder gemäß der Erfindung darstellt,
der insbesondere für
die Herstellung von in hohem Grade gekochten Tiernahrungsmittelprodukten
mit geringer Feuchtigkeit und hoher Volumendichte ausgestaltet ist;
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5 ist eine Seitenansicht,
welche die äußere Gestalt
des bevorzugten kurzen Extruders gemäß der Erfindung darstellt;
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6 ist ein Balkendiagramm
mit einer logarithmischen Kurve in Bestanpassung für die Daten
einer Reihe von Wasserabsorptions-/Pelletdispersions-Tests, in denen
herkömmlich
extrudiertes Schweinefutter auf den anfänglichen Zerkleinerungswiderstand
und auf den Zerkleinerungswiderstand in Intervallen von einer Minute
während
des Eintauchens des Futters in Wasser mit einer Temperatur von 14,4°C (58°F) getestet
wurde;
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7 ist ein Balkendiagramm ähnlich dem
von 6, das je doch den
gleichen Typ von Wasserabsorptions-/Pelletdispersions-Zerkleinerungswiderstands-Testdaten
für Schweinefutter
zeigt, das gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde;
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8 ist ein Balkendiagramm ähnlich dem
von 6–7, das jedoch den gleichen
Typ von Wasserabsorptions-/Pelletdispersions-Zerkleinerungswiderstands-Testdaten
für Schweinefutter
zeigt, das unter Verwendung eines Pelletmahlwerks hergestellt wurde;
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9 ist eine Darstellung unter
einem Rasterelektronenmikroskop (SEM), die die Struktur eines herkömmlichen
Schweinefutterpellets zeigt, das unter Verwendung eines Standard-Pelletmahlwerks vorbereitet wurde;
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10 ist eine Darstellung
unter einem Rasterelektronenmikroskop ähnlich der von 9, die jedoch die Struktur eines Schweinefutterpellets
gemäß der Erfindung
zeigt;
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11 ist eine Teilansicht
eines kurzen Doppelschneckenextruders gemäß der Erfindung von oben, und
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12 ist eine Teilansicht
eines anderen kurzen Doppelschneckenextruders gemäß der Erfindung von
oben.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführung
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Ausführung von 1 bis 3
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Nun
Bezug auf die Zeichnungen nehmend, ist in 1 eine kurze Extruderanordnung 10 für die Herstellung
von aufquellbaren Nahrungsmittelprodukten dargestellt. Allgemein
ausgedrückt,
weist die Anordnung 10 eine Vorbehandlungseinrichtung 12 und
einen Extruder 14 auf. Der letztere weist einen länglichen,
röhrenförmigen Zylinder 16 mit
einem Einlass 18 und an seinem äußersten Ende eine durchlöcherte Extrusionsdüse 20 auf.
Eine läng liche,
axial drehbare Schneckenanordnung 22 ist in dem Zylinder 16 entlang
seiner Länge angeordnet.
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Ausführlicher
beschrieben, ist die Vorbehandlungseinrichtung 12 dazu
ausgestaltet, anfangs Trockenbestandteile vor ihrem Einführen als
teigartige Masse in den Einlass 18 des Extruders 14 anzufeuchten
und teilweise vorzukochen. Zu diesem Zweck ist die Vorbehandlungseinrichtung 12 normalerweise
in der Form einer länglichen
Kammer ausgeführt,
die mit drehbaren inneren Rührarmen
sowie mit Einspritzöffnungen
für Wasser
und/oder Dampf ausgestattet ist. Im Zusammenhang mit der Erfindung
kann eine Vielzahl von Vorbehandlungseinrichtungen verwendet werden.
Es ist jedoch insbesondere bevorzugt, die Wenger-DDC-Vorbehandlungseinrichtungen
des Typs zu verwenden, der in dem US-Patent Nr. 4,752,139 beschrieben
ist, das durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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In
der dargestellten Ausführung
ist der Zylinder 16 aus drei axial ausgerichteten und miteinander
verbundenen, röhrenförmigen Kopfabschnitten,
nämlich
dem Einlasskopf 24 und einem zweiten und dritten Abschnitt 26, 28 aufgebaut.
Der Einlasskopf 24 ist ausgestaltet, den sich nach oben öffnenden
Extrudereinlass 18 zu bilden und er ist unter dem Auslass
der Vorbehandlungseinrichtung 12 positioniert, wie es dargestellt
ist. Weiterhin weist der Einlasskopf 24 eine durchlöcherte Endwand 30 auf,
die mit Dichtungen 32 zum Eingreifen mit dem Dichtungsblock 34 versehen
ist. Die Schneckenanordnung 22 ist auf einer sechskantigen
Antriebswelle 36 montiert und wird über das schematisch dargestellte
herkömmliche
Lagergehäuse 39 und
den Elektromotor 39a gedreht.
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Der
zweite Kopf 26 weist einen äußeren, metallischen Abschnitt 38 auf,
der mit einem äußeren Mantel 40 versehen
ist. Der letztere weist einen Einlass 42 und einen Auslass 44 auf,
um so das Einleiten von Heiz- oder Kühlmedien (z. B. Kaltwasser
oder Dampf) in den Mantel zu gestatten und somit eine indirekte
Temperatursteuerung für
den Kopf 26 zu erlauben. Weiterhin ist der Abschnitt 38 mit
einem Paar von durchgehenden Öffnungen 46, 48 versehen.
Wie dargestellt befindet sich ein Einspritznippel 50 innerhalb
der Öffnung 46,
während
die Öffnung 48 einen
entfernbaren Stopfen 52 darin aufweist.
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Der
Gesamtkopf 26 weist ferner eine entfernbare, stationäre metallische
Buchse 54 auf, die an der inneren Stirnfläche des
Abschnitts 38 befestigt ist. Die Buchse 54 weist
eine innere Oberfläche 56 auf,
die schraubenförmige
Rippen 57 hat und die eine sich axial erstreckende Bohrung 58 bildet.
Wie dargestellt wird die Dicke der Buchse 54 entlang ihrer
Länge größer, so
dass sich der Durchmesser der Bohrung 58 zwischen dem Einlasskopf 24 und
dem dritten Kopf 28 verringert. Die Buchse 54 weist
weiterhin Queröffnungen 59 und 59a dadurch
auf, die mit den vorher beschriebenen Zylinderabschnittöffnungen 46, 48 ausgerichtet
sind. Das von dem Einlasskopf 24 entfernte Ende des Kopfes 26 ist
mit einem durchlöcherten
Stator 60 (siehe 2) versehen.
Der Stator 60 weist einen Außenflansch 62, der
zwischen den Köpfen 26, 28 angeordnet
ist, wie es dargestellt ist, sowie einen sich nach innen erstreckenden
ringförmigen
Abschnitt auf. Der Abschnitt 64 hat einen ganz innen angeordneten
Lagerring 66, der daran durch die Schrauben 68 befestigt
ist. Weiterhin ist der Abschnitt 64 mit einer Reihe von
sechs über
den Umfang beabstandeten kreisförmigen
Löchern 70 dadurch versehen. 3 zeigt eine andere Rotor/Stator-Anordnung,
die mit der in 2 dargestellten
Anordnung identisch ist, außer
dass anstelle der Löcher 70 eine
Reihe von sechs über
den Umfang beabstandeten Schlitzen 70a vorgesehen ist.
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Der
dritte Kopf 28 ähnelt
in vielen Aspekten dem Kopf 26 und weist einen äußeren röhrenförmigen Abschnitt 72 und
einen äußeren Mantel 74 auf,
wobei der letztere mit einem Einlass 76 und einem Auslass 78 für das Einleiten
von indirekten Kühl-
oder Heizmedien versehen ist. Ferner weist der Abschnitt 72 Queröffnungen 80, 82 dadurch
auf, die den Nippel 84 bzw. den entfernbaren Stopfen 86 aufnehmen.
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Eine
stationäre,
entfernbare metallische Buchse 88 ist innerhalb des Abschnitts 72 angeordnet
und weist Queröffnungen 89, 89a dadurch
auf, die mit den Öffnungen 80, 82 ausgerichtet
sind. Die innere Oberfläche 90 der
Buchse 88 weist schraubenförmige Rippen 89 auf
und definiert eine sich in axialer Richtung erstreckende zentrale
Bohrung 92. Die Bohrung 92 verringert sich in
ihrem effektiven Durchmesser zwischen dem Ende des Zylinderabschnitts 28,
das dem Abschnitt 26 benachbart ist, und dem Ende des Abschnitts 28,
das der Düse 20 benachbart
ist.
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Der
Zylinder 16 wird durch das Vorsehen eines kurzen, ringförmigen Abstandsstücks 94,
das benachbart zu dem Ende des dritten Zylinderabschnitts 28 angeordnet
ist, das von dem Zylinderabschnitt 26 entfernt ist, zusammen
mit der am äußersten
Ende angeordneten Düse 20 abgeschlossen.
Die letztere ist in der dargestellten Ausführung eine einfache Metallplatte
mit einer Reihe von Löchern 96 dadurch.
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Die
Schneckenanordnung 22 weist vier drehbare, auf der Welle 36 angebrachte
Elemente auf, die Ende an Ende miteinander verbunden sind. Insbesondere
weist die Anordnung 22 einen Einlassschneckenabschnitt 98,
einen ersten Schneckenabschnitt 100, den Lagerrotor 102 und
den dritten Schneckenabschnitt 104 auf.
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Der
zweite Schneckenabschnitt 100 weist eine längliche
Zentralwelle 106 auf, die außen eine allgemein kegelstumpfförmige Oberfläche und
eine sich nach außen
erstreckende schraubenförmige
Schneckenformation 108 hat. Es ist bemerkenswert, dass
die Steigung der Schneckenformation 108 einem Steigungswinkel
entspricht, der kleiner ist, als der Steigungswinkel der schraubenförmigen Schneckenformation 57,
die durch die Oberfläche 56 der
Buchse 54 definiert ist. Weiterhin ist ersichtlich, dass
die Gesamtgestaltung des Schneckenabschnitts 100 mit dem
abnehmenden Durchmesser der Bohrung 58 übereinstimmt, d. h. der äußere Umfang
der Schneckenformation 108 nimmt fortschreitend von dem
Einlassende des Schneckenabschnitts 100 zu dem Auslassende
davon, das dem Rotor 102 benachbart ist, ab.
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Der
Rotor 102 ist auf der Welle 36 angebracht und
weist einen äußersten,
im Querschnitt etwa L-förmigen,
ringförmigen
Lagerring 110 auf, der dicht zu dem Lagerring-Abschnitt 66 des
Stators 60 benachbart ist. Der Rotor 102 und der
Stator 60 unterstützen
somit die Stabilisierung der Schneckenanordnung während ihrer Drehung
mit hoher Drehzahl.
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Der
dritte Schneckenabschnitt 104 ist dem Schneckenabschnitt 100 sehr ähnlich.
Das bedeutet, der Abschnitt 104 weist eine längliche,
zentrale Welle 112 auf, die eine am äußersten Ende angeordnete, kegelstumpfförmige Oberfläche und
eine schraubenförmige
Schneckenformation 114 bildet. Die letztere ist unter einem
Steigungswinkel ausgerichtet, der kleiner ist, als der Steigungswinkel
der Rippen 89.
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Erneut
auf 1 Bezug nehmend,
ist zu bemerken, dass die durch die Buchsen 54 und 88 definierte Gesamtextruderbohrung
allgemein eine kegelstumpfförmige
Ausgestaltung hat, die von dem Einlass 18 bis zu der Düse 20 führt, d.
h. die Zylinderbohrung weist über
ihre Länge
allgemein eine sich verringernde Querschnittsfläche auf. Ferner ist ersichtlich,
dass die effektive Länge
des Extruders von dem entfernten Ende des Einlasses 18 bis
zu dem Ende des Zylinders 16 (in 1 als Abmessung „L" dargestellt) gegenüber dem maximalen Durchmesser
der Zylinderbohrung (Abmessung „D" in 1)
verhältnismäßig gering
ist und vorzugsweise bis zu etwa 6 beträgt. Das bevorzugtere L/D-Verhältnis beträgt 3–6. Wie
hierin verwendet, bezeichnet „L/D-Verhältnis" das Verhältnis, gemessen
gemäß der Länge und
der Breite des in 1 dargestellten
Beispiels.
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Es
ist auch so zu verstehen, dass der Stator 60 und der Rotor 102 zusammen
eine den Durchsatz drosselnde Vorrichtung an der Zwischenlänge des
Zylinders im Bereich der Verbindung zwischen den Zylinderabschnitten 26 und 28 bildet.
Die gesamte den Durchsatz drosselnde Vorrichtung besteht somit aus
einer stromaufwärts
liegenden Stirnfläche 116 und
aus einer gegen überliegenden,
stromabwärts
liegenden Stirnfläche 118.
Die Schneckenanordnung 22 und die den Durchsatz drosselnde
Vorrichtung 60, 102 sind zusammenwirkend so ausgestaltet,
dass die Materialfördermenge
pro Umdrehung der Anordnung 22 benachbart der Stirnfläche 116 kleiner
ist, als die Materialfördermenge
pro Umdrehung der Anordnung 22 benachbart der stromabwärts liegenden
Stirnfläche 118.
Ferner sind die Anordnung 22 und die Vorrichtung 60, 102 so
ausgestaltet, dass die Schlitze 70, die einen Teil der
den Durchsatz drosselnden Vorrichtung bilden, während des Betriebs des Extruders
im Wesentlichen kontinuierlich voll mit Material sind. Genauer ausgedrückt, ist
die Materialfördermenge
pro Umdrehung der Schneckenanordnung 22 benachbart der
stromabwärts
liegenden Stirnfläche 118 bis
zu 40% größer, als
die Materialfördermenge
benachbart der stromaufwärts
liegenden Stirnfläche 118.
Insbesondere übersteigt
die Fördermenge
benachbart der Stirnfläche 118 die
Fördermenge
benachbart der Stirnfläche 116 um
einen Faktor von etwa 15–40%.
Weiterhin sind die Vertiefungen zwischen benachbarten Rippen 89 in
der Buchse 88 größer, als
die entsprechenden Vertiefungen in der Buchse 54. Daraus
ergibt sich, dass das freie Volumen innerhalb der Zylinderbohrung
stromabwärts
von und benachbart der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung 60, 102 größer ist,
als das freie Volumen benachbart und stromaufwärts der den Durchsatz drosselnden
Vorrichtung. Quantitativ ausgedrückt
ist das freie Volumen innerhalb des Kopfes 28 im Bereich
der Stirnfläche 118 bis
etwa 30% größer, als
das freie Volumen innerhalb des Kopfes 26 im Bereich der
Stirnfläche 116,
bevorzugter von 15–30%
größer.
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Bei
den typischen Arbeitsgängen
von Extrudern gemäß der Erfindung
zur Herstellung von aufquellbaren Produkten, wird ein zu verarbeitendes
essbares Material zuerst zusammengestellt und dann vorbehandelt und
durchläuft
nachfolgend den kurzen Extruder. Normalerweise sind die Ausgangsbestandteile
für das
zu verarbeitende Material jeweilige Mengen von Protein und Stärke zusammen
mit Aminosäure
und/oder Vitaminnährstoff(en).
Der Gesamt-Aminosäuregehalt
würde eigene
Aminosäuren
sowie freie Ami nosäurezusätze als Aminosäure an sich
oder als Polypeptide, die Aminosäurerückstände enthalten,
einschließen
und er würde
bis zu etwa 5 Gewichtsprozente, und bevorzugter bis zu etwa 2 Gewichtsprozente
betragen. Der Gesamtvitamingehalt würde sich gleichermaßen aus
dem Eigenvitamingehalt in den Ausgangsbestandteilen und aus Vitaminzusätzen ableiten.
Der Gesamtvitamingehalt würde
bis zu etwa 2 Gewichtsprozenten betragen. Der Proteingehalt würde normalerweise
etwa 15–20
Gewichtsprozente betragen, bevorzugter 18–32 Gewichtsprozente. Die Stärkegehalte
würden
etwa 8–50
Gewichtsprozente betragen und bevorzugter etwa 10–30 Gewichtsprozente.
Wie von Fachleuten leicht zu verstehen ist, werden die Protein-
und Stärkegehalte
normalerweise durch Einbeziehen der gewünschten protein- und stärkehaltigen
Bestandteile von Tier- oder Pflanzenderivaten erreicht. Allgemein
würden
stärkehaltige
Materialien Kornarten wie Mais, Weizen, Milo, Reis, Gerste und Rüben und
Mischungen davon sein. Proteinhaltige Bestandteile könnten Soja,
Fleischmehl und Fischmehl sein.
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In
der bevorzugten Vorbehandlungseinrichtung wird das Material befeuchtet
und mindestens teilweise gekocht. Die Vorbehandlung wird normalerweise
so durchgeführt,
dass das Produkt, das die Vorbehandlungseinrichtung verlässt, einen
Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von etwa 15–40 Gewichtsprozenten und vorzugsweise von
etwa 22–28
Gewichtsprozenten aufweist. Die Verweilzeit in der Vorbehandlungseinrichtung
beträgt üblicherweise
15–150
Sekunden und bevorzugter 90–150
Sekunden und die maximale Temperatur in der Vorbehandlungseinrichtung
beträgt
etwa 12,8–100°C (55–212°F) und bevorzugter
82,2–93,3°C (180–200°F).
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Während des
Durchlaufs durch den Extruder wird das Material wachsenden Temperatur-
und Scherbeanspruchungspegeln ausgesetzt und es ist normalerweise
vollständig
gekocht, wenn es aus der Extrusionsdüse austritt. Die normalen Verweilzeiten
des Materials in dem Extruder betragen etwa 2–15 Sekunden, vorzugsweise
etwa 2–9
Sekunden und am bevorzugtesten etwa 2–6 Sekunden. Die maximalen
Druckpegel, die in dem Extruderzylinder erreicht wer den sind normalerweise
etwa 1,034–6,895
Mpa (150–1000
psi) und bevorzugter 2,068–3,447
Mpa (300–500
psi). Der maximale Temperaturpegel, der in dem Extruderzylinder
erreicht wird, beträgt
etwa 104,4–148,9°C (220–300°F) und bevorzugter
110–121,1°C (230–250°F).
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Während der
Extrusionsbearbeitung sind die Öffnungen
der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung 60, 102 vollständig gefüllt, so
dass in der Zone der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung ein Stau
in dem Zylinder und ein Druckunterschied über die Vorrichtung 60, 102 erzeugt
wird (d. h. der Druck ist an der Stirnfläche 116 im Vergleich
zu dem Druck an der Stirnfläche 118 höher). Ferner
ist auf Grund der Tatsache, dass die Fördermenge der Schneckenanordnung 22 pro
Umdrehung benachbart der stromabwärts liegenden Stirnfläche 118 größer ist,
als an der benachbart zu der stromaufwärts liegenden Stirnfläche 116,
das freie Volumen stromabwärts
der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung nicht vollkommen mit Material
verstopft ist. In einer Zone, die der Düse 20 unmittelbar
benachbart ist, wird ein anderer Materialstau gebildet, um eine
gleichmäßige Extrusion
des Produkts durch die Öffnungen
zu sichern.
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Ausführung der 4 und 5
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4 ist eine Querschnittsansicht
eines kurzen Extruders 120, der in vieler Hinsicht dem
Extruder 14 von 1 gleicht,
der jedoch insbesondere dazu ausgestaltetet ist, kompakte und in
hohem Maße
gekochte Nahrungsmittelprodukte herzustellen. Der Extruder 120 ist
für die
Verwendung mit dem gleichen Typ der Vorbehandlungseinrichtung 12,
der vorher beschrieben wurde, ausgelegt.
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Der
Extruder 120 weist einen länglichen, röhrenförmigen Zylinder 122 mit
einem Einlass 124 und einem Auslass 126 auf, wobei
der letztere ausgestaltet ist, um eine durchlöcherte Düse von herkömmlicher Ausgestaltung (nicht
dargestellt) aufzunehmen.
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Eine
längliche,
axial drehbare Schneckenanordnung 128 ist in dem Zylinder 122 entlang
seiner Länge angeordnet.
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Der
Zylinder 122 besteht aus drei in axialer Richtung ausgerichteten
und miteinander verbundenen röhrenförmigen Kopfabschnitten,
nämlich
dem Einlasskopf 130 und dem zweiten und dritten Abschnitt 132, 134.
Der Einlasskopf 130 ist ausgestaltet, um den sich nach
oben öffnenden
Extrudereinlass 124 darzustellen und ist unter dem Auslass
einer Vorbehandlungseinrichtung, beispielsweise der Vorbehandlungseinrichtung 12 (siehe 1), positioniert. Weiterhin
weist der Einlasskopf 130 eine durchlöcherte Endwand 136 auf,
die mit Dichtungen zum Eingreifen mit dem Dichtungsblock 140 versehen
ist. Die Schneckenanordnung 128 ist auf einer sechskantigen
Antriebswelle montiert und wird über
ein herkömmliches
Lagergehäuse
und einen Elektromotor in der Art und Weise des Extruders 14 gedreht.
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Der
zweite Kopf 132 weist einen äußeren metallischen Abschnitt 142 auf,
der mit einem äußeren Mantel 144 versehen
ist. Der letztere weist einen Einlass 146 und einen Auslass 148 auf,
um so das Einleiten von Heiz- oder Kühlmedien (z. B. Kaltwasser
oder Dampf) in den Mantel zu gestatten und somit eine indirekte
Temperatursteuerung für
den Kopf 132 zu erlauben. Weiterhin ist der Abschnitt 142 mit
einem Paar durchgehender Öffnungen 150, 152 versehen.
Wie dargestellt ist ein Einspritznippel 154 innerhalb der Öffnung 150 angeordnet,
während
ein zweiter Nippel 156 in der Öffnung 152 positioniert
ist.
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Der
Gesamtkopf 132 weist ferner eine entfernbare, stationäre metallische
Buchse 158 auf, die an der inneren Stirnseite des Abschnitts 142 befestigt
ist. Die Buchse 158 weist eine innere Oberfläche 160 mit schraubenförmigen Rippenprofilen 162 auf,
die eine sich in axialer Richtung erstreckende Bohrung 164 bildet. Wie
dargestellt steigt die Dicke der Buchse 158 entlang ihrer
Länge derart
an, dass der Durchmesser der Bohrung 164 zwischen dem Einlasskopf 130 und
dem dritten Kopf 134 abnimmt. Die Buchse 158 weist
ebenfalls durchgehende Queröffnungen 166 und 168 auf,
die sich mit den vorher beschriebenen Zylinderabschnittsöffnungen 150, 152 in
Ausrichtung befinden.
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Der
dritte Kopf 134 ähnelt
in vielen Aspekten dem Kopf 132 und weist einen äußeren röhrenförmigen Abschnitt 170 und
einen äußeren Mantel 172 auf,
wobei der letztere mit einem Einlass 174 und einem Auslass 176 für das Einleiten
von indirekten Kühl-
oder Heizmedien versehen ist. Ferner weist der Abschnitt 170 Queröffnungen 178, 180, 182 dadurch
auf, die den Nippel 184 bzw. die Druckmesseinrichtungen 186, 188 aufnehmen.
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Eine
stationäre,
entfernbare metallische Buchse 190 ist innerhalb des Abschnitts 170 angeordnet
und weist Queröffnungen 192, 194, 196 dadurch
auf, die mit den Öffnungen 178 bis 182 ausgerichtet
sind. Die innere Oberfläche 198 der
Buchse 190 weist schraubenförmige Rippen 200 auf
und definiert eine sich in axialer Richtung erstreckende zentrale
Bohrung 202. Die Bohrung 202 verringert sich in
ihrem effektiven Durchmesser zwischen dem Ende des Zylinderabschnitts 134,
das dem Abschnitt 132 benachbart ist, und dem Ende des Abschnitts 134,
das der Extrusionsdüse
am äußersten
Ende (nicht dargestellt) benachbart ist.
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Der
Zylinder 122 wird durch das Vorsehen einer Düse über seine
offene Stirnfläche
abgeschlossen. In vielen Fällen
kann ein kurzes, ringförmiges
Abstandsstück
(nicht dargestellt) benachbart zu dem Ende des dritten Zylinderabschnitts 134 angeordnet
sein, das von dem zweiten Zylinderabschnitt 132 entfernt
ist, zusammen mit der am äußersten
Ende angeordneten Düse 20.
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Die
Schneckenanordnung 128 weist vier drehbare, auf der sechskantigen
Antriebswelle angebrachte Elemente auf, die Ende an Ende miteinander
verbunden sind. Insbesondere weist die Anordnung 128 einen ersten
Einlassschneckenabschnitt 204, einen zweiten Schneckenabschnitt 206,
den Schneckenübergangsabschnitt 208 und
den dritten Schneckenabschnitt 210 auf.
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Der
zweite Schneckenabschnitt 206 weist eine längliche
Zen tralwelle 212 auf, die außen eine allgemein kegelstumpfförmige Oberfläche und
eine sich nach außen
erstreckende schraubenförmige
Schneckenformation 214 hat. Es ist bemerkenswert dass die
Steigung der Schneckenformation 214 einem Steigungswinkel
entspricht, der kleiner ist, als der Steigungswinkel der schraubenförmigen Schneckenformation 162,
die durch die Oberfläche 160 der
Buchse 158 definiert ist. Weiterhin ist ersichtlich, dass
die Gesamtgestaltung des Schneckenabschnitts 212 mit dem
abnehmenden Durchmesser der Bohrung 164 übereinstimmt,
d. h. der äußere Umfang
der Schneckenformation 214 nimmt fortschreitend von dem
Einlassende des Schneckenabschnitts 206 zu dem Auslassende
davon, das dem Übergangsabschnitt 208 benachbart
ist, ab.
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Der Übergangsabschnitt 208 weist
die Form eines kurzen zylindrischen Körpers mit einer schraubenförmigen Schneckenformation 216 auf,
die sich mit der schraubenförmigen
Schneckenformation 214 in Ausrichtung befindet, wie es
dargestellt ist.
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Der
dritte Schneckenabschnitt 210 ist dem Schneckenabschnitt 206 sehr ähnlich.
Das bedeutet, der Abschnitt 210 weist eine längliche,
zentrale Welle 218 auf, die eine am äußersten Ende angeordnete, kegelstumpfförmige Oberfläche und
eine schraubenförmige
Schneckenformation 220 bildet. Die letztere ist unter einem
Steigungswinkel ausgerichtet, der kleiner ist, als der Steigungswinkel
der Rippen 200. Ferner ist die Schneckenformation 220 mit
der Schneckenformation des Übergangsabschnitts 208 ausgerichtet.
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Es
ist zu beobachten, dass die durch die Buchsen 158 und 190 definierte
Gesamtextruderbohrung allgemein eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung
hat, die von dem Einlass 124 bis zu der Düse am äußersten Ende
führt,
d. h. die Zylinderbohrung weist über
ihre Länge
allgemein eine sich verringernde Querschnittsfläche auf. Der Extruder 120 weist
ebenfalls im Wesentlichen das gleiche L/D-Verhältnis wie der vorher beschriebene
Extruder 14 auf. 5 zeigt
eine andere äußere Ausgestaltung
des Extruders 120. Das heißt, der Extruder 120a von 5 weist die gleiche innere
Ausgestaltung wie der Extruder 120 auf. Der zweite und
der dritte Kopf 132a und 134a des Extruderzylinders 122a sind
jedoch mit äußeren Mänteln versehen.
Statt dessen wird die Kopfkühlung
durch eine Reihe sich radial nach außen erstreckender, beabstandeter
Kühlrippen 222 und 224 erzielt,
die auf den Köpfen 132a bzw. 134a vorgesehen
sind. Die Ausführung
von 5 zeigt weiterhin
ein kreisförmiges
Dampfsammelrohr 226, das um das äußere Ende des Kopfes 134a herum
angeordnet ist und das insgesamt vier beabstandete, mit getrennten
Ventilen versehene, Dampfeinspritzrohranordnungen 228 aufweist,
die mit dem Sammelrohr 226 verbunden sind. Jede der Anordnungen 228 erstreckt
sich durch die Wand des Zylinderabschnitts 134a, um so
das direkte Einspritzen von Dampf in die Hüllen des Extruders 120a zu
gestatten. Das Sammelrohr 226 ist mit einem perforierten
Schutz 230 abgedeckt, wie es dargestellt ist.
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Die
Produktion von in hohem Maße
gekochten, kompakten Nahrungsmittelprodukten unter Verwendung der
Vorrichtung der 4 bis 5 erfolgt allgemein so, wie
es unter Bezugnahme auf die Produktion von aufquellbaren Nahrungsmittelprodukten
beschrieben ist, d. h. die Ausgangszusammensetzung wird vorbehandelt
und darauf in den Extruder 120 oder 120a ein-
und durch ihn hindurch geführt.
Um die gewünschten
Nahrungsmittel herzustellen, sind jedoch einige Veränderungen
des Prozesses erforderlich, von denen die bemerkenswerteste der
Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials und des Endprodukts ist.
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So
würde zum
Beispiel eine Ausgangszusammensetzung normalerweise einen relativ
hohen Korngehalt von mindestens 60 Gewichtsprozenten und bevorzugter
von mindestens 80 Gewichtsprozenten aufweisen. Der Kornanteil könnte aus
jeder der vorher erwähnten
Kornsorten bestehen. Der Gesamtproteingehalt für die Ausgangszusammensetzungen
würde normalerweise
12–50
Gewichtsprozente betragen, bevorzugter von 18–32 Gewichtsprozenten, wogegen
die Stärkegehalte
von 8–50%
Gewichtsprozenten und bevorzugter von 10–30 Gewichtsprozenten betragen
würden.
Protein und/oder Stärke
könnten
durch geeignete protein- und stärkehal tige
Materialien oder durch direktes Hinzufügen der gewünschten Proteine und Stärken bereitgestellt werden.
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Während der
Vorbehandlung wird das Material bis zu einem Maximum von etwa 30
Gewichtsprozenten, gebräuchlicher
bis zu etwa 22 Gewichtsprozenten, befeuchtet. Die Temperaturen in
der Vorbehandlungseinrichtung würden
etwa 57,2–93,3°C (135–200°F) und bevorzugter
etwa 65,6–87,8°C (150–190°F) betragen. Die
Verweilzeit in der Vorbehandlungseinrichtung würde allgemein die gleiche sein,
wie die vorher für
die Verarbeitung von aufquellbaren Nahrungsmittelprodukten angeführte.
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Während des
Durchführens
durch den Extruder wird das vorbehandelte Material mindestens teilweise unter
Einwirkung von Wärme
und Scherbeanspruchung gekocht. Die Verweilzeiten des vorbehandelten
Materials in dem Extruderzylinder sind die gleiche, wie vorher beschrieben,
d. h. 2–15
Sekunden und vorzugsweise 2–9
Sekunden und am bevorzugtesten 2–6 Sekunden. Der maximale Druck
in dem Extruderzylinder ist gleich stromaufwärts der abschließenden Extrusionsdüse anzutreffen
und reicht von etwa 0,172–2,458
Mpa (25–400 psi),
vorzugsweise von etwa 0,517– 1,724
Mpa (75–250
psi).
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Das
kompakte Produkt, das aus der Extrusionsdüse austritt, weist eine relativ
geringe Feuchtigkeit bis zu etwa 20 Gewichtsprozenten auf, vorzugsweise
bis zu etwa 18 Gewichtsprozenten und am bevorzugtesten bis zu etwa
14–18
Gewichtsprozenten. Das heiße
Extruderprodukt kann dann an der Außenluft abkühlen/trocknen, um die endgültigen,
im Gleichgewicht gehaltenen Feuchtigkeitspegel von etwa 10–15 Gewichtsprozenten,
bevorzugter von rund 12% Gewichtsprozenten zu erreichen.
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Ausführungen von 11 bis 12
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Ein
kurzer Doppelschneckenextruder 232 ist in 11 dargestellt und weist ein Paar von
miteinander verbundenen, rohrförmigen
Kopfabschnitten 234, 236 auf, die zusammen einen
länglichen
Zylinder 237 bilden, der eine sich verjüngende, innere, der „Zahl 8" in der Form entsprechende Öffnung,
ein Paar innerer, sich verjüngender,
länglicher,
axial drehbarer (entweder in gleicher Richtung oder gegenläufig) Schneckenanordnungen 238, 240 und
eine vordere, durchlöcherte
Düsenplatte 242 aufweist.
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Der
Kopf 234 ist eine einstückige
Gusskonstruktion oder er kann geteilt sein, wobei der obere Teil
davon ausgestaltet ist, eine Einlassöffnung 244 darzustellen,
die in das Innere des Zylinders führt. Der Auslasskopf 236 weist
einen inneren Durchgangskanal 246 für das Einleiten von Heiz- oder
Kühlmedien
auf. Wie dargestellt, ist ein Stator 248 zwischen den Kopfabschnitten 234, 236 angeordnet
und stellt eine sich nach innen erstreckende, kreisumschreibende
Rippe 250 dar.
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Jede
der Schnecken 238, 240 stellt eine geteilte Konstruktion
dar und ist zwischen der vorletzten und abschließenden Schneckenanordnung mit
drei, mit Öffnungen
versehenen, Drosselelementen 252, 254, 256 ausgestattet.
Das Zwischenelement 254 weist einen verringerten Durchmesser
auf, um einen Freiraum für
die Rippe 250 bereitzustellen, während die äußeren Elemente 252, 256 die
Rippe 259 rittlings überdecken.
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Der
Extruder 232a von 12 ist
in jeder Hinsicht mit dem Extruder 232 identisch, mit Ausnahme
der Tatsache, dass die Drosselelemente 252 bis 256 und
der Stator 248 fehlen. Daher werden gleiche Bezugszahlen
für die
Komponenten des Extruders 232a verwendet, wobei ein „a" als Suffix hinzugesetzt
wird.
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Die
L/D-Verhältnisse
der Extruder 232, 232a sind die gleichen wie die
des vorher beschriebenen kurzen Extruders mit einer Schnecke, genau
wie auch die allgemeinen und bevorzugten Größenordnungen der Betriebsparameter
wie Schneckendrehzahl, Schneckenspitzengeschwindigkeit, Drücke, Temperaturen,
Verweilzeit, Volumendichte des Produktes, Gelatinisierung, Feuchtigkeitspegel
und PDI-Werte (Pellet-Haltbarkeitskennwerte). Die Doppelschneckenextruder
der Erfindung arbeiten im Wesentlichen in der gleichen Art und Weise
wie ihre Gegenstücke
mit einer Schneckenanordnung.
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Die
folgenden Beispiele betreffen die bevorzugte Vorrichtung und die
bevorzugten Verfahren gemäß der Erfindung.
Es ist so zu verstehen, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist
und dass nichts in den Beispielen als eine Einschränkung des
gesamten Schutzumfangs der Erfindung herangezogen werden sollte.
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Wie
hierin verwendet beziehen sich „pellet durability index" (Pellet-Haltbarkeitsindex)
und „PDI" auf einen im Fachgebiet
bekannten Haltbarkeitstest, der in „Feed Manufacturing Technology
IV, American Feed Association, Inc., 1994, S. 121–122 (und
darin enthaltene Quellenhinweise) beschrieben und durch Bezugnahme hierin
einbezogen ist. Bei einem solchen Haltbarkeitstest, wird die Haltbarkeit
der Pellets unmittelbar nach dem Abkühlen ermittelt, wenn die Pellets
eine Temperatur bei ±5–6°C (10°F) Außentemperatur
aufweisen. Die Haltbarkeit wird durch Trommeln einer Probe von 500
g vorgesiebten Pellets (um kleine Teile zu entfernen) 5 Minuten
lang bei einer Drehzahl von 50 U/Min in einem staubdichten Gehäuse mit
den Abmessungen 30,5 cm × 30,5
cm × 12,7
cm (12'' × 12'' × 5''), das mit einer inneren Platte mit
den Abmessungen 5,1 cm × 23,0
cm (2'' × 9'')
ausgestattet ist, welche symmetrisch zu einer Diagonalen einer Abmessung
des Gehäuses
von 30,5 cm × 30,5
cm (12'' × 12'')
entlang einer 23,0 cm (9'') langen Seite befestigt
ist, bestimmt. Das Gehäuse
wird um eine Achse senkrecht zu und zentriert an den 30,5 cm (12'')-Seiten davon gedreht. Nach dem Trommeln
werden die kleinen Teilchen durch Sieben entfernt und die Pelletprobe
wird erneut gewogen. Die Pellet-Haltbarkeit wird bestimmt als:
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Beispiel 1
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Im
vorliegenden Beispiel wurde ein kurzer Extruder in Kombination mit
einer Vorbehandlungseinrichtung bei der Herstellung eines aufquellbaren
Tiernahrungsmittels hoher Qualität
in kommerziellen Produktionsmengen verwendet.
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Der
Extruder war der in 1 dargestellte
Typ, bestehend aus drei Köpfen.
Insbesondere war die in den Läufen
#1, #2 und #4 verwendete Extruderkonfiguration aus den folgenden
Komponenten zusammengestellt (wobei alle Teile mit den Bauteilnummern
von Wenger Mfg. Co gekennzeichnet sind): Extruderzylinder – 65695-001 (Einlasskopf),
65676-001 (Kopf Nr. 2) und 65689-001 (Kopf Nr. 3). Der Kopf Nr.
2 war mit der Innenauskleidung 65691-001 und einem Stator 76598-001
zwischen dem zweiten und dritten Kopf versehen. Schneckenanordnung – 76597-001
(Welle), 65670-001
(Einlassschnecke), 65671-001 (zweiter Schneckenabschnitt), 65906-003
(stationäre
Scherverriegelung zwischen dem zweiten und dem dritten Schneckenabschnitt,
bestehend aus 65907-001 (Rotor) und 65909-001 (Stator), und 65675-001
(dritter Schneckenabschnitt). Abschlussdüse – 65534-009 (1''-Abstandsstück), 65421-001 (Düsenplatte),
und 31350-779 (Düseneinsatz,
der 3/8'' Düsenöffnungen
ergibt). Eine Drehmesseranordnung war benachbart zu dem Auslass
der Düse
positioniert, um das Extrudat auf eine geeignete Größe zu schneiden.
Die Messeranordnung bestand aus: 19462-023 (Messerhalterung) und
zehn Messerblättern
(19512-003). Der
bei den Läufen
#3 und #5 verwendete Extruder war mit dem vorher beschriebenen Extruder
identisch, mit der Ausnahme, dass die verwendete Welle die Wenger-Bauteil-Nr.
76597-001 und der abschließende
Schneckenabschnitt (Wenger-Bauteil-Nr. 65675-005) eine Schneidgang-Ausführung aufwies.
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Die
in beiden Anordnungen verwendete Vorbehandlungseinrichtung war eine
Wenger DDC-Vorbehandlungseinrichtung in der Standardausführung 60-60.
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Bei
allen fünf
Testläufen
war die Ausgangs-Tiernahrungsmittel-Rezeptur aus 24 Gewichtsprozenten Geflügelmehl,
54 Gewichtsprozenten Kornmehl, 8 Gewichtsprozenten Weizen, 8 Gewichtsprozenten
Kornglutenmehl und 6 Gewichtsprozenten Sojabohnenmehl zusammengesetzt.
In jedem Fall wurde das Ausgangsmaterial der Vorbehandlungseinrichtung
zugeführt
und durch sie hindurchgeführt,
um es zu befeuchten und teilweise zu kochen. Danach folgte ein Durchlauf
durch die drei Kopfextruder. Wasser und manchmal Dampf wurde an
den Einspritzöffnungen
des zweiten und des dritten Kopfes in den Extruderzylinder eingespritzt. Nach
der Extrusion wurde das Produkt in herkömmlicher Weise auf einen Feuchtigkeitsgehalt
von etwa 9–11 Gewichtsprozenten
getrocknet.
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Die
folgende Tabelle enthält
die Betriebsbedingungen für
die Vorbehandlungseinrichtung und die Extrudervorrichtungen bei
den fünf
Läufen.
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Alle
Läufe ergaben
kommerziell akzeptable, vollständig
gekochte und geformte Produkte. Die Volumendichte des Produktes
aus dem Lauf #1 wurde mit etwa 304,4 kg/m3 ermittelt.
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Beispiel 2
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Bei
diesem Beispiel wurde eine kurze Vorbehandlungseinrichtung/Extruder
des in 4 dargestellten Typs
verwendet, um ein kompaktes, hartes Fertig-Schweinefutter in hoher
Qualität
herzustellen. Das sich ergebende Produkt war den in herkömmlicher
Weise unter Verwendung eines Expanders und eines Pelletmahlwerks
hergestellten Produkten äquivalent,
wenn nicht sogar überlegen.
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Im
Einzelnen setzte sich die bei den Läufen 6 und 7 verwendete Drei-Kopf-Extruderausführung aus den
folgenden Komponenten zusammen (wobei alle Teile mit den Bauteilnummern
von Wenger Mfg. Co gekennzeichnet sind): Extruderzylinder – 65695-001
(Einlasskopf), 65676-001 (Kopf Nr. 2) und 65689-001 (Kopf Nr. 3).
Kopf Nr. 2 war mit einer Innenbuchse 65691-001 versehen, während Kopf
Nr. 3 ebenfalls eine Innenbuchse 76598-001 aufwies. Schneckenanordnung – 76597-002
(Welle), 65670-001 (Einlassschnecke), 65671-001 (erster Schneckenabschnitt),
65906-001 (zweiter Schneckenabschnitt) und 65676-001 (dritter Schneckenabschnitt).
Abschlussdüse – 66532-103
BH, 65534-009 AD, 74010-953
NA, 74010-954 NA mit 13 Einsätzen.
Eine Drehmesseranordnung war benachbart zu dem Auslass der Düse angeordnet,
um das Extrudat auf eine geeignete Größe zu schneiden. Die Messeranordnung
setzte sich folgendermaßen
zusammen: 19462-001 (Messerblatthalterung) und sechs Messerblätter (19430-007).
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Bei
den Läufen
8 und 9 war die Extruderausführung
aus den folgenden Komponenten zusammengesetzt: Extruderzylinder – 65695-001 (Einlasskopf),
65676-001 (Kopf Nr. 2) und 65689-001 (Kopf Nr. 3). Kopf Nr. 2 war
mit einer Innenbuchse 65691-001 versehen, während Kopf Nr. 3 ebenfalls
eine Innenbuchse 76598-001 aufwies. Schneckenanordnung – 76597-001
(Welle), 65670-001 (Einlassschnecke), 65671-001 (erster Schneckenabschnitt),
65658-015 (zweiter
Schneckenabschnitt) und 65675-001 (dritter Schneckenabschnitt).
Abschlussdüse – 65534-009
AD und 65421-001 BH. Eine Drehmesseranordnung war benachbart zu dem
Auslass der Düse
angeordnet, um das Extrudat auf eine geeignete Größe zu schneiden.
Die Messeranordnung setzte sich folgendermaßen zusammen: 19607-017 Messerblatthalterung)
und fünf
Messerblätter.
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Die
in beiden Anordnungen verwendete Vorbehandlungseinrichtung war eine
Wenger-Vorbehandlungseinrichtung Modell 16 DDC in der Ausführung 377.
Die linke und rechte Welle war jeweils mit sechzig Schlagelementen
versehen.
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Bei
den Läufen
6 bis 9 war die Ausgangs-Tiernahrungsmittel-Rezeptur aus 76,96 Gewichtsprozenten Milo,
15,95 Gewichtsprozenten Sojabohnenmehl, 4,69 Gewichtsprozenten Talg,
0,94 Gewichtsprozenten Salz, 0,94 Gewichtsprozenten Kalziumkarbonat,
0,41 Gewichtsprozenten Vitamin-Vorgemisch und 0,11 Gewichtsprozenten
Lysin zusammengesetzt. In jedem Fall wurde das Ausgangsmaterial
der Vorbehandlungseinrichtung zugeführt und durch sie hindurchgeführt, um
es zu befeuchten und teilweise zu kochen. Danach folgte ein Durchlauf
durch die drei Kopfextruder. Bei den Läufen 7 bis 9 wurde Wasser in
den Extruderzylinder eingespritzt. Die Läufe 6 und 7 waren etwas instabil.
Die Läufe
8 und 9 waren jedoch stabil und ergaben ein Schweinefutter mit hoher
Dichte. Nach der Extrusion wurde das Produkt unter Verwendung eines
Mehrfach-Durchlaufkühlers
abgekühlt,
um Enddichten von 560,7 kg/m3 (35 lb/ft3) (Lauf 6), 574,7 kg/m3 (36
lb/ft3) (Lauf 7), 727,3 kg/m3 (45,4
lb/f t3) (Lauf 8) und 720,0 kg/m3 (45 lb/ft3) (Lauf
9) zu erreichen.
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Die
nachfolgende Tabelle enthält
die Betriebsbedingungen für
die Vorbehandlungs- und Extrudervorrichtungen in den vier Läufen.
-
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Die
in den Läufen
8 und 9 erzielten höheren
Dichten sind hauptsächlich
der in den Läufen
6 und 7 verwendeten unterschiedlichen Düsenanordnung zuzuschreiben.
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Obwohl
die spezifisch hierin beschriebene Extrudervorrichtung ein Typ mit
einer Schnecke ist, ist es so zu verstehen, dass kurze Doppelschnecken-Extruder,
wie die in den 11 und 12 dargestellten, ebenfalls gemäß der Erfindung
hergestellt werden können.
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Beispiel 3
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In
diesem Beispiel wird Schweinefutter gemäß der Erfindung hergestellt,
das Lysin und ein Vitamin A enthaltendes Vitaminvorgemisch enthält, um den
Grad des Abbaus von Lysin und Vitamin A während der Verarbeitung zu bestimmen.
-
Der
in diesen Läufen
verwendete Extruder mit drei Köpfen
war von dem Typ, der in 4 dargestellt ist
und setzte sich aus den folgenden Komponenten zusammen (wobei alle
Teile mit den Bauteilnummern von Wenger Mfg. Co gekennzeichnet sind):
Extruderzylinder – 65695-001
(Einlasskopf), 65676-001 (Kopf Nr. 2) und 65689-001 (Kopf Nr. 3).
Kopf Nr. 2 war mit einer Innenbuchse 65691-001 versehen, während Kopf
Nr. 3 ebenfalls eine Innenbuchse 76598-001 aufwies. Schneckenanordnung – 76597-001
(Welle), 65670-001 (Einlassschnecke), 65671-001 (erster Schneckenabschnitt),
65658-015 (zweiter Schneckenabschnitt) und 65675-001 (dritter Schneckenabschnitt).
Abschlussdüse – 65534-009 AD und 65421-001
BH, 74010-955 NA mit zehn Einsätzen.
Eine Drehmesseranordnung war benachbart zu dem Auslass der Düse angeordnet: 19607-017
(Messerblatthalterung) und fünf
Messerblätter.
Die bei diesen Läufen
verwendete Vorbehandlungseinrichtung war eine Wenger-Vorbehandlungseinrichtung
Modell 16 DDC in der Ausführung
377. Die linke und rechte Welle war jeweils mit 60 Schlagelementen
versehen.
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Bei
den Läufen
10 bis 11 war die Ausgangs-Tiernahrungsmittel-Rezeptur aus 76,96 Gewichtsprozenten
Milo, 15,95 Gewichtsprozenten Sojabohnenmehl, 4,69 Gewichtsprozenten
Talg, 0,94 Gewichtsprozenten Salz, 0,94 Gewichtsprozenten Kalziumkarbonat,
0,41 Gewichtsprozenten Vitamin-Vorgemisch und 0,11 Gewichtsprozenten
Lysin zusammengesetzt. Die folgende Tabelle enthält die Betriebsbedingungen
für die
Vorbehandlungseinrichtung und die Extrudervorrichtungen bei den
zwei Läufen.
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Das
Kühlen
der jeweiligen Extrudate erfolgte in einem Trockner/Kühler mit
zwei Durchläufen.
Für den Lauf
10 betrug die Temperatur in der Zone 1 42°C und in der Zone 2 39°C. Die Rückhaltezeit
betrug 2,7 Minuten für
den Durchlauf 1 und 5 Minuten für
den Durchlauf 2. Die Gebläsedrehzahlen
1–4 waren
1597, 1638, 1078 bzw. 1038 U/min. Im Lauf 11 betrugen die Temperaturen
in der Zone 1 und in der Zone 2 41°C bzw. 39°C, während die Rückhaltezeiten 2,7 Minuten und
5 Minuten betrugen. Die Gebläsedrehzahlen
1–4 waren
1579, 1635, 1078 bzw. 1038 U/Min.
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Die
Schweinefutterextrudate wurden analysiert und für den Lauf 10 ergab sich: Stückdichte
1,2245 g/ml, PDI (Pellet-Beständigkeitsindex)
99,4, Fettaufnahme 8 Gewichtsprozente und Stückdichte nach dem Abkühlen 1,2482
g/ml. Für
den Lauf 11 ergab sich: Stückdichte
1,203 g/ml, PDI 99,0, Fettaufnahme 11 Gewichtsprozente.
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Weiterhin
wurden die Schweinefutterextrudate aus den Läufen 10 und 11 auf enthaltenes
Lysin, Vitamin A und Schimmelpilze. Diese Ergebnisse sind nachfolgend
angeführt.
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Die
Daten zeigen, dass die Produkte aus den Läufen 10 und 11 keinen Verlust
von Lysin- oder Vitamin A erfuhren und dass die Schimmelpilze vollständig vernichtet
wurden. Das weist darauf hin, dass nach der Extrusion keine weiteren
Aflotoxine oder andere Toxine gebildet werden. Salmonellentests
für das
Futter erbrachten ebenfalls ein negatives Ergebnis. Diese Ergebnisse
stehen im Gegensatz zu den normalerweise vorhandenen Verlusten von
Lysin und Vitamin A in den herkömmlichen
Extrusionsprozessen. So weisen z. B. Schweinefutter, die unter Verwendung
herkömmlicher
Ausrüstung
hergestellt werden, üblicherweise
Lysinverluste von 14–15
Gewichtsprozenten und Verluste von Vitamin A in der Größenordnung
von 40 Gewichtsprozenten auf.
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Es
wird angenommen, dass die extrem kurzen Verweilzeiten in dem Extruder,
die mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden, den im Wesentlichen
vollständigen
Erhalt des Lysin- und Vitamingehalts in den fertiggestellten Extrudaten
ergeben; die an nähernde
Verweilzeit im Extruderzylinder für die Läufe 10 und 11 wurde durch Farbspureneinspritzung
gemessen und mit etwa 3–4
Sekunden ermittelt. In der gleichen Zeit waren solche Extrudate
ausreichend gekocht und auch sehr schmackhafte Produkte.
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Beispiel 4
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In
dieser Testserie wurden kompakte, relativ harte Schweinefutterprodukte
unter Verwendung eines Extruders, wie er in 5 dargestellt ist, hergestellt. Es wurden
zwei getrennte Rezepturen verwendet: In den Läufen #12 bis 13, 80 Gewichtsprozente
Milo, 18 Gewichtsprozente Sojabohnenmehl, 1 Gewichtsprozent Kalziumkarbonat
und 1 Gewichtsprozent Salz, wobei die Trockenbestandteile einen
Feuchtigkeitsgehalt von 10,9 Gewichtsprozenten auf Basis des feuchten
Zustands hatten. In den Läufen
#14 bis 24 80 Gewichtsprozente Korn, 18% Sojabohnenmehl, 1 Gewichtsprozent
Kalziumkarbonat und 1 Gewichtsprozent Salz, wobei die Trockenbestandteile
einen Feuchtigkeitsgehalt hatten, der von 9,39 (Lauf #22) bis zu
11,63 Gewichtsprozenten auf Basis Nasszustand (Lauf #20) hatten.
In allen Läufen
wurden die Trockenbestandteile durch ein 1/16-Zoll-Sieb gemahlen
und während
der Vorbehandlung wurden 2 Gewichtsprozente Talg hinzugefügt.
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Die
bei allen Läufen
verwendete Vorbehandlungseinrichtung war ein Wenger Model 16 DDC,
Ausführung
Nr. 377, bei dem die linke Welle mit 60 Schlagelementen (12 bei
75° vorwärts, 24
bei 90° neutral
und 24 bei 75° rückwärts) und
die rechte Welle mit 60 Schlagelementen (12 bei 75° vorwärts und
48 bei 75° rückwärts) versehen
war.
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Bei
den Läufen
#12 bis 17 und 20 bis 23 wies die Extruderausführung auf: Extruderzylinder
65695-001 (Einlasskopf 1), 65676-001
(Kopf 2) und 65689-001 (Kopf 3); Extruderbuchsen – 65691-001 (in Kopf 2) und 76598-001
(in Kopf 3); Extruderwelle – 76597-001;
an der Welle angebrachte Drehelemente – 65670-001, 65671-001, 65658-013
und 65675-001. Für
die Läufe
#18 bis 19 wies die Extruderausführung
auf: Extruderzylinder 65695-001 (Einlasskopf 1), 65676-001 (Kopf
2) und 65689-001 (Kopf 3); Extruderbuchsen – 65691-001 (in Kopf 2) und
65693-001 (in Kopf 3); Extruderwelle – 76597-001; an der Welle angebrachte
Drehelemente – 65670-001,
65671-001, 65658-013 und 65675-001. Die bevorzugteste Extruderausführung wurde im
Lauf #24 verwendet und war die gleiche, wie für die Läufe #12 bis 17 und 20 bis 23,
mit der Ausnahme, dass der Kegel der Ausgangsschnecke einen Kegelwinkel
von 15° mit
einem zusätzlichen
1/4''-Abstandsstück vor dem
Kegel der Ausgangsschnecke aufwies, um sie dichter an das Abgabeende
des Extruders zu bewegen. Diese Konfiguration ist spezifisch in 4 dargestellt.
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Die
bei den Läufen
#12 bis 21 verwendete Düsen-
und Messeranordnung wies auf: Düsen
und Anpassstücke – 53661-005
NA, 64421-001 BH und 74010-955 NA, mit 10 Einsätzen, sechs 6 mm-Löchern für jeden Einsatz, 15 mm Steglänge; Messerhalterung – 19462-023,
fünf Messerblätter 19430-003
tragend. Die bei den Läufen
#22 bis 24 verwendete Anordnung wies auf: Düsen und Anpassstücke – 53661-005
NA, 65421-001 BH und 74010-752 NA, drei 1/4''-Löcher für jeden
Einsatz, 1/2'' Steglänge; Messerhalterung – 19462-023,
zehn Messerblätter
19430-003 tragend.
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Die
folgende Tabelle enthält
die Laufbedingungen für
diese Serie von Experimenten.
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Die
Läufe #12
bis 17 wurden alle mit einer Extruderwellendrehzahl von weniger
als 600 U/Min durchgeführt.
Bei den Läufen
#18 bis 20 war die Extruderwellendrehzahl wesentlich größer. Das
bewirkte einen sehr großen
Zuwachs des Drucks gleich stromaufwärts von der Düse und einen
entsprechend großen
Zuwachs in der Motorbelastung des Extruders. Bei dem Lauf #23 wurde
eine Schneckenübergangs-Scherverriegelung zwischen
den Köpfen
2 und 3 verwendet, die dazu diente, das Produkt davor zu bewahren,
dass es sich in der Mitte des Kopfes 3 aufstaut und zu einer leichteren
Betriebssteuerung führte.
Der abschließende
Lauf #24 verwendete eine Kegelschnecke mit einem Kegelwinkel von
15°, die
Schneckenübergangs-Scherverriegelung von
Lauf #23 und ein zusätzliches
1/4''-Abstandsstück, um das
Ende der Schnecke dichter an die Abgabedüse heran zu bewegen.
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Alle
Produkte waren kompakte, relativ harte Schweinefutterprodukte mit
einem hohen Kochgrad, die aber noch in der Lage waren, Wasser zu
absorbieren, was sie als Schweinefutterprodukte ideal machte.
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Die
bevorzugten kompakten Tierfuttermittel, die gemäß der vorliegenden Erfindung
produziert werden, weisen die Form von Extrusionskörpern mit
geringer Feuchtigkeit auf (vorzugsweise bis zu etwa 20 Gewichtsprozenten
Feuchtigkeit auf Basis Nasszustand direkt aus dem Extruder, bevorzugter
bis zu etwa 18 Gewichtsprozenten und am bevorzugtesten von 14–18 Gewichtsprozenten),
zeigen mindestens etwa 60% Gelatinisierung (bevorzugter etwa 65–85% Gelatinisierung)
ihrer stärkehaltigen
Komponenten, mit einem PDI von mindestens 90 und bevorzugter von
mindestens 95. Die Produkte sind in hohem Grade gekocht und weisen
im Wesentlichen keine Restbakterien auf. Die extrudierten Körper sind
ebenfalls relativ hart und haben Volumendichten von mindestens 448,6
kg/m3 (28 Pfund pro Kubikfuß) und bevorzugter
von mindestens 480, 6 kg/m3 (30 Pfund pro
Kubikfuß).
Trotz der Härte
der extrudierten Körper,
sind sie auch in der Lage, leicht Feuchtigkeit zu absorbieren. Genauer
ausgedrückt
sollten die Produkte nach Eintauchen in Wasser von 14,4°C (58°F) über einen
Zeitraum von 4 Minuten einen maximalen Zerkleinerungswiderstand
von weniger als 70% (und bevorzugter von weniger als 60%) des maximalen
Zerkleinerungswiderstands des Produkts vor dem Eintauchen in Wasser
aufweisen. Ferner sollten die Produkte der Erfindung nach Eintauchen
in Wasser von 14,4°C
(58°F) über einen
Zeitraum von 8 Minuten einen maximalen Zerkleinerungswiderstand
von weniger als 40% (und bevorzugter von weniger als 30%) des maximalen
Zerkleinerungswiderstands des Produkts vor dem Eintauchen in Wasser
aufweisen. Solche Zerkleinerungswiderstandstests werden vorzugsweise
unter Verwendung eines Strukturanalysegeräts Modell TA.XT2, verkauft
von der Texture Technologies Corp. of Scarsdale, NY durchgeführt.
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In
diesem Zusammenhang wird die Aufmerksamkeit auf die 6 bis 8 gerichtet. 6 ist ein Balkendiagramm
mit einer logarithmischen Kurve in Bestanpassung, das die Zerkleinerungswiderstandstests
unter Verwendung herkömmlich
extrudierter Schweinefuttermittel darstellt. Es ist zu bemerken,
dass vier Minuten nach dem Eintauchen in Wasser von 14,4°C (58°F) der Zerkleinerungswiderstand
des herkömmlich
extrudierten Produkts im Vergleich mit dem nicht eingetauchten Ausgangsprodukt
etwa 83,5 betrug und acht Minuten nach dem Eintauchen betrug der
Zerkleinerungswiderstand etwa 78,6% auf der gleichen Basis. 7 ist ein ähnliches
Diagramm und eine logarithmische Kurve zeigt den Zerkleinerungswiderstand
von Schweinefuttermitteln, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt wurden. Das in der vorliegenden Figur getestete Produkt
stammt aus dem Lauf #13 des Beispiels 4. Wie dargestellt zeigten
vier Minuten nach dem Eintauchen die Produkte der Erfindung einen
Zerkleinerungswiderstand von etwa 52% im Vergleich zu dem des nicht
eingetauchten Ausgangsprodukts, wogegen acht Minuten nach dem Eintauchen
der Zerkleinerungswiderstand nur etwa 24,7% betrug. 8 ist den 6 und 7 ähnlich, zeigt jedoch die Zerkleinerungswiderstandseigenschaften
eines herkömmlichen
Schweinefutters, das durch typische Pelletierungsprozesse hergestellt
ist. Die Zerkleinerungswiderstandsdaten sind denen der vorlie genden
Erfindung sehr ähnlich
(52,7% Zerkleinerungswiderstand vier Minuten nach dem Eintauchen
im Vergleich zu dem des Ausgangsprodukts und 16,6% Zerkleinerungswiderstand
acht Minuten nach dem Eintauchen) und zeigt somit, dass die extrudierten
Produkte der vorliegenden Erfindung den herkömmlich pelletierten Produkten
hinsichtlich der Wasserabsorption und der Pelletdispersion gleichwertig
sind.
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Diese
Reihe von Läufen
hat auch gezeigt, dass das der Extrusion unterzogene Material einem
sehr schnellen Druckanstieg unmittelbar stromaufwärts der
abschließenden
Extrusionsdüse
ausgesetzt ist. Tatsächlich
zeigt die Verwendung der Doppel-Druckmesseinrichtungen 186 und 188 (siehe 4), dass der Druck an dem
entfernten Manometer 186 im Wesentlichen dem atmosphärischen
Druck entspricht, während der
Druck an dem benachbarten Manometer 188 von 780–1100 kPa
(111–157
psi) reicht. Allgemein ausgedrückt
sollte der Druck in dem Extruderzylinder an einem Punkt, der von
der inneren Stirnfläche
der Extrusionsdüse
nach hinten in axialer Richtung entlang der Länge der Schneckenanordnung
um einen Abstand vom 1,5fachen des größten Durchmessers D des Extruderzylinders
beabstandet ist, im Wesentlichen dem atmosphärischen Druck entsprechen.
Der Druck in dem Extruderzylinder unmittelbar benachbart zu der
inneren Stirnfläche
der Extrusionsdüse
sollte mindestens 689 kPa (100 psi) und bevorzugter mindestens 2068
kPa (300 psi) betragen.
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Es
ist auch ermittelt worden, dass die „Spitzengeschwindigkeit" der Extruder-Schneckenanordnung ein
wichtiger Parameter sein kann. Die Spitzengeschwindigkeit ist die
Geschwindigkeit des äußersten
Endes der Extrusionsschnecke, das der Extrusionsdüse am nächsten liegt.
Die Spitzengeschwindigkeit sollte etwa 122– 490 m/min (400–1600 ft/min),
vorzugsweise 183–366
m/min (600– 1200
ft/min) und am bevorzugtesten etwa 213–274 m/min (700–900 ft/min)
betragen.
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Um
die deutlichen Unterschiede zwischen den Pellets gemäß der Erfindung
und herkömmlichen
Produkten noch weitgehender darzu stellen, wurden zum Vergleich Schweinefutterpellets,
die in einem Pelletmahlwerk und gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt wurden, durch Aufnahmen der Produkte unter einem Rasterelektronenmikroskop überprüft. In jedem
Fall wurde das repräsentative
Pellet in Längsrichtung
mit einer Rasierklinge in Scheiben geschnitten und danach Standard-Rasterelektronenmikroskop-Prozeduren
durchgeführt,
um die Mikroskopaufnahmen zu erhalten. Die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme
des herkömmlichen
Pellet-Mahlwerk-Produktes ist in 9 dargestellt,
während
die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des verbesserten Produkts
der Erfindung in 10 dargestellt
ist.
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Zuerst
auf 9 Bezug nehmend
sind die dargestellten runden Partikel im Wesentliche intakte (d.
h. nicht wesentlich gelatinisierte) Stärkepartikel mit einem nur allgemeinen
Flussbild, das mit dem Durchsatz des Pellets durch die Pelletmahlwerkdüse ausgerichtet
ist. Im Gegegensatz dazu zeigt die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme
von 10, dass Produkte
gemäß der Erfindung
nur einige wenige intakte Stärkepartikel, wenn überhaupt
welche, mit stark ausgeprägter
Flussbildausrichtung aufweisen. Die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme
zeigt ferner eine markante laminare Struktur, von der angenommen
wird, dass sie den Pellets eine bedeutende Festigkeit verleiht.
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In
der bevorzugten Praxis der vorliegenden Erfindung durchlaufen die
Bestandteile die Vorbehandlungseinrichtung und die Protein- und
Stärkeanteile
werden von einem hochgradig viskosen, glasigen Zustand in oder annähernd in
eine gummiartige, teigartige Masse überführt. Wenn jedoch das Ausgangsbestandteil
in diesem Zustand in den kurzen Kochextruder der Erfindung eintritt,
steigt seine Temperatur auf einen Punkt nahe oder sogar geringfügig über die
Schmelztemperatur und die Viskosität der Protein- und Stärkebestandteile
wird verringert. Wenn das Material aus der abschließenden Düse austritt,
wird jedoch die gewünschte
laminare Struktur erhalten und wenn die Temperatur schnell abnimmt,
kehren die Protein- und Stärkebestandteile
in einen glasigen Zustand zurück.
An dieser Stelle bleibt die la minare Struktur in den Finalprodukten
dauerhaft erhalten. Gleichzeitig werden jedoch, wenn kompakte Produkte
erwünscht
sind, die Zustände
gesteuert, um jede Expansion des Produktes nach dem Austreten aus
der Düse
zu begrenzen. Allgemein ist ein bestimmter Grad von „Düsenaufquellung" zu beobachten. Die
Gesamtexpansion des Produktes nach der Extrusion ist jedoch gering.
Der Prozentsatz einer solchen Expansion wird als der Durchmesser
(oder die größte Querschnittabmessung)
des Produktes, dividiert durch den Durchmesser (oder die größte Querschnittabmessung) der
Düsenöffnung,
multipliziert mit 100 berechnet. Die Produkte der Erfindung weisen
normalerweise nicht mehr als etwa 30% Expansion auf und bevorzugter
bis zu etwa 20% Expansion auf.
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Beispiel 5
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Bei
diesen Tests wurde Lachsfutter unter Verwendung von trockenen Bestandteilen,
bestehend aus 82,0 Gewichtsprozenten Fischmehl und 18,0 Gewichtsprozenten
Weizenmehl hergestellt. Bei allen Läufen wurde die gleiche Vorbehandlungseinrichtungs- und Extruderanordnung
verwendet, jedoch unterschiedliche Düsen- und Messeranordnungen. Die Vorbehandlungseinrichtung
war eine Wenger-Einheit Modell 7 DDC, wobei die linke Welle mit
60 Schlagelementen (18 bei 75° vorwärts, 24
bei 90° neutral
und 18 bei 75° rückwärts) und
die rechte Welle mit 60 Schlagelementen (5 bei 75° vorwärts, 55
bei 75° rückwärts) versehen
war. Der Extruder hatte drei Köpfe
(68781-001, 68782-001 und 68784-001), wobei die Schnecke aus einer
Hauptwelle (68722-001), die vier Drehelemente trägt (68792-001, 68793-001, 68805-019
und 68796-001) bestand.
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Die
nachfolgende Tabelle zeigt die Bedingungen für die Läufe.
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In
Lauf #25 wurde den Bestandteilen in der Vorbehandlungseinrichtung Öl in einer
Menge von 48 kg/Stunde zugeführt,
was etwa 4 Gewichtsprozenten entspricht.
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Die
Lachfutterprodukte waren in hohem Maße vorteilhaft, weil sie eine
sehr feine Zellenstruktur zeigten, die es ermöglichte, dass sie mehr Fett
festhalten konnten, als herkömmlich
vorbereitete Pellets. Die aquatischen Pellets der Erfindung sind
somit in der Lage, mindestens etwa 28 Gewichtsprozente Öl und bevorzugter
32–40
Gewichtsprozente Öl
zu absorbieren, was wünschenswert
ist, weil der Fettgehalt in direkter Abhängigkeit zur Zunahme des Fischgewichts
steht. Ein anderer wichtiger Vorteil der feinen Zellenstruktur ist
der, dass die Pellets dazu neigen, Fett festzuhalten und das Durchsickern
von Fett zu verhindern. Die Pellets waren weiterhin äußerst dauerhaft
mit einem PDI von über
90. Das ist insofern ebenfalls sehr wichtig, als pelletierte Wassertiernahrungsmittel
pneumatisch gefördert
werden, um Fisch über
große
Bereiche zu füttern.
Diese Handhabung tendiert dazu, herkömmliche Pellets aufzubrechen
und die Feinbestandteile gehen verloren. Schließlich versinken die Produkte
in Wasser, weil sie eine relative Dichte größer 1 haben und sie weisen
nach der Extrusion sehr geringe Feuchtigkeitspegel auf, die von
10–18
Gewichtsprozenten, bezogen auf den Nasszustand und bevorzugter 11–16 Gewichtsprozenten,
bezogen auf den Nasszustand betragen. Die herkömmlichen Feuchtigkeitspegel
in Produkten dieses Typs betragen 18–24 Gewichtsprozente. Der geringe
Feuchtigkeitspegel der vorliegenden Produkte verringert die Notwendigkeit
für eine
Trocknungsausrüstung
nach der Extrusion und kann sie in einigen Fällen sogar eliminieren, wodurch
die Verarbeitungs- und Kapitalkosten verringert werden.
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Die
folgende Tabelle fasst bestimmte wichtige Ausrüstungen sowie Prozess- und
Produktparameter gemäß der vorliegenden
Erfindung zusammen, wobei ungefähre
allgemeine und bevorzugten Größenordnungen
angeführt
sind.
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