ES2214637T3

ES2214637T3 - Cocinado de extrusion rapida.

Info

Publication number: ES2214637T3
Application number: ES97940532T
Authority: ES
Inventors: Lavon G. Wenger
Original assignee: Wenger Manufacturing LLC
Current assignee: Wenger Manufacturing LLC
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: CN1193260A; BR9710732A; WO1998003088A2; DE69728398D1; DE69728398T2; BR9710732B1; JP2002514050A; TW394669B; CA2258479C; ATE262801T1; EP0912112A2; DK0912112T3; EP0912112A4; EP0912112B1; CN1110268C; CA2258479A1; WO1998003088A3

Abstract

SE PRESENTAN DISPOSITIVOS DE COCCION-EXTRUSION MEJORADOS DE POCA LONGITUD (10) CON LOS QUE SE PUEDE CONSEGUIR UNA PRODUCCION Y UNAS CARACTERISTICAS DE CALIDAD IGUALES A LAS DE CONSEGUIDAS CON LOS EXTRUSORES CONVENCIONALES DE CILINDRO LARGO. LOS EXTRUSORES DE POCA LONGITUD (20) DE LA INVENCION COMPRENDEN UN CILINDRO RELATIVAMENTE CORTO (14) QUE TIENE UN ORIFICO DE ADMISION (18) Y UNA MATRIZ DE EXTRUSION EN EL OTRO EXTREMO (20). DENTRO DEL CILINDRO (14) HAY COLOCADO UN CONJUNTO DE TORNILLOS ALARGADO QUE PUEDE ROTAR AXIALMENTE Y TIENE UNAS ESPIRAS HELICOIDALES (22) Y ESTA ACOPLADO A UN ELEMENTO MOTRIZ (39, 39A) CAPAZ DE ROTAR EL CONJUNTO (22) A UNA VELOCIDAD DE POR LO MENOS 500 RPM APROXIMADAMENTE. EL DISPOSITIVO (10) PUEDE COMPRENDER UN DISPOSITIVO INTERNO DE RESTRICCION DEL FLUJO CON ABERTURAS (60, 102) QUE DEFINE UN PUNTO DE ESTRANGULACION EN LA PARTE CENTRAL DEL CILINDRO PARA EL MATERIAL QUE SE ESTA ELABORANDO. UN EXTRUSOR ALTERNATIVO (120) PUEDE ESTAR CONFIGURADO SIN UNA RESTRICCION EN LAPARTE CENTRAL DEL CILINDRO Y DISEÑADO PARA QUE FUNCIONE A UNA PRESION INTERNA ESENCIALMENTE ATMOSFERICA POR CASI TODO EL LARGO DEL CILINDRO (122) CON UN AUMENTO SIGNIFICATIVO DE LA PRESION EN EL CABEZAL FINAL (134) ADYACENTE A LA MATRIZ DE EXTRUSION. PREFERENTEMENTE EL CILINDRO (14, 122) TIENE UN DIAMETRO INTERNO DE CONFIGURACION GENERALMENTE TRONCOCONICA CON UNA RELACION ENTRE LA LONGITUD EFECTIVA Y EL DIAMETRO MAXIMO (L/D) DE AL MENOS 6 APROXIMADAMENTE. TAMBIEN SE PRESENTAN NUEVOS PROCEDIMIENTOS DE EXTRUSION Y PRODUCTOS, UTILIZANDOSE UNOS TIEMPOS DE RETENCION EN EL CILINDRO DE EXTRUSION EXTREMADAMENTE CORTOS PARA OBTENER PRODUCTOS EXTRUIDOS COCIDOS SIN PERDIDAS ESENCIALES DE AMINOACIDOS NI DE NUTRIENTES VITAMINICOS Y/O ALIMENTOS DENSOS, MUY COCIDOS, CON UN BAJO CONTENIDO DE HUMEDAD. TAMBIEN SE PUEDEN INCLUIR EXTRUSORES DE TORNILLOS (232, 232A) CON O SIN ELEMENTOS DE RESTRICCION EN EL CENTRO DEL CILINDRO (252-256) Y QUE COMPRENDEN UN CILINDRO CON FORMA CONICA EN EL INTERIOR (237) CON UNOSTORNILLOS CONICOS CORRESPONDIENTES CON ESPIRAS Y CAPACES DE ROTAR AXIALMENTE (238, 240).

Description

Cocinado de extrusión rápida.

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere en gran parte a un 2. método para guisar de extrusión mejorado en el que el extrusor es de longitud mínima para reducir los costes de equipo y mantenimiento. Más particularmente, la invención se refiere a la utilización de un tipo de dispositivo en el que el ánima interior del cuerpo tubular del extrusor es de configuración generalmente troncocónica, que se estrecha, y el tornillo extrusor tiene la conicidad correspondiente. En la producción de productos alimenticios expandidos, el extrusor incluye preferiblemente medios que presentan una restricción a la circulación del material entre la entrada y la hilera de extrusión. Donde se desean alimentos esterilizados de baja humedad, completamente cocinados, densos, el extrusor sin una restricción de la circulación en medio del cuerpo cilíndrico, y el extrusor se hace funcionar para generar alta presión dentro del cuerpo inmediatamente adyacente a la hilera extrusora. Los dispositivos de extrusión de acuerdo con la invención se hacen funcionar a alta velocidad y pueden esencialmente rivalizar con las producciones y calidades de producto de máquinas mucho mayores.

2. Descripción de la técnica anterior

Los dispositivos para guisar de extrusión han sido usados largo tiempo en la fabricación de una amplia variedad de productos comestibles y otros, tales como alimentos para personas y animales. Hablando en general, estos tipos de extrusores incluyen un cuerpo tubular alargado junto con uno o más tornillos de extrusión que pueden hacerse girar axialmente, con rosca helicoidal, interiores. La salida del cuerpo del extrusor está equipada con una hilera de extrusión abierta. En uso, un material que se ha de tratar se hace pasar a través del cuerpo del extrusor y es sometido a niveles crecientes de temperatura, presión y esfuerzo cortante. Al emerger el material de la hilera del extrusor, está completamente cocido y configurado y puede ser subdividido usando un montaje de cuchillo giratorio. Extrusores convencionales de este tipo se muestran en las Patentes de EE.UU. Núms. 4.763.569, 4.118.164 y 3.117.006.

Los aparatos para guisar por extrusión actuales modernos más convencionales se componen de una serie de cabezas de cuerpos tubulares interconectadas o secciones con tornillo(s) roscados interiores, divididos también en secciones y montados en un árbol o árboles giratorios de potencia. Para lograr el nivel deseado de cocción, se ha considerado necesario proporcionar cuerpos tubulares y tornillos asociados relativamente largos. Por tanto, muchas máquinas de fabricación de alimentos de elevada producción pueden tener de cinco a ocho secciones de cuerpo cilíndrico y una longitud de 10 a 20 veces el diámetro del tornillo. Como puede apreciarse, tales extrusores largos son caros y además presentan problemas asociados con soportar adecuadamente el tornillo o tornillos de extrusión dentro del cuerpo. No obstante, ensayos anteriores que usaron extrusores relativamente cortos no tuvieron éxito, y han estado plagados con problemas de cocción insuficiente y/o producciones relativamente bajas.

En los últimos años, se ha intentado utilizar equipos de extrusión en la fabricación alimentos en forma de alimentos granulados. La extrusión es deseable en este contexto porque las condiciones de extrusión esterilizan eficazmente los productos. No obstante, los gránulos producidos mediante métodos de extrusión convencionales son a menudo demasiado duros y no se disuelven fácilmente en agua. Tales gránulos duros pueden pasar a través del estómago de animales monogástricos permaneciendo los gránulos en gran parte intactos y no digeridos. Otro problema asociado con alimentos producidos por extrusión radica en que nutrientes tales como aminoácidos y vitaminas pueden ser sustancialmente degradados y desnaturalizados por el calor durante el tratamiento. Por otra parte, productos producidos usando molinos de gránulos convencionales, aunque tienen muchas propiedades físicas y nutritivas deseables, son tratados por calor y cocinados insuficientemente de modo que pueden quedar bacterias dañinas en los productos granulados. En respuesta a estos problemas, se ha sugerido emplear un aparato de doble componente en la forma de un extrusor (denominado algunas veces un "expansor") que está acoplado a un molino de gránulos. Este aparato de doble componente es sin embargo relativamente caro, particularmente para la producción de alimentos animales.

Existe consecuentemente una necesidad en la técnica de dispositivos extrusores de corta longitud, bajo coste, mejorados, que sean esencialmente iguales a los extrusores de cuerpo tubular largo convenciones en términos de producción y calidad de productos. En adición, existe una necesidad de un aparato extrusor que pueda producir alimentos que contengan nutrientes sustancialmente no degradados, que estén completamente cocinados y tengan propiedades digestivas deseables similares a las de los alimentos tradicionales producidos usando un molino de gránulos.

El documento US-A 5.480.673 describe un procedimiento de extrusión para la producción de piensos animales. La patente afirma que en algunos de sus ejemplos (Ensayo #5) el extrusor funciona a una velocidad de giro de 417 r.p.m. No obstante, esta afirmación es errónea; según una declaración jurada del inventor del documento US-A 5.480.673 (que es poseído también por el solicitante de la presente invención) la velocidad del árbol extrusor real para ese ensayo fue de 85 a 105 r.p.m.

Sumario de la invención

La invención se refiere a un método según la reivindicación 1.

Los cuerpos cilíndricos de los extrusores usados en la invención tienen normalmente superficies que definen ánimas interiores configuradas para que presenten secciones de nervio helicoidal, espaciadas a lo largo de la longitud de las mismas; estos nervios ayudan en el mezclado y la cocción del material durante el desplazamiento a lo largo de la corta longitud de los cuerpos cilíndricos de los extrusores. Este efecto es aumentado por las velocidades de giro relativamente altas de los montajes de tornillo correspondientes; en la práctica, los montajes de tornillo se hacen girar a una velocidad de al menos alrededor de 500 r.p.m., más preferiblemente de al menos alrededor de 550 r.p.m., e incluso más preferiblemente de al menos alrededor de 600 r.p.m. El margen más preferido es de alrededor de 600 a 1500 r.p.m.

Los extrusores de corta longitud usados en la invención tienen una relación de longitud a diámetro máximo (relación L/D) de hasta alrededor de 6, y más preferiblemente de alrededor de 3 a 6. Por tanto los dispositivos según la invención pueden ser producidos con un coste significativamente inferior en comparación con los extrusores para cocinar convencionales. Además, se reducen los gastos de mantenimiento y de sustitución de partes.

Los métodos de acuerdo con la invención son particularmente adecuados para la preparación de productos alimenticios, especialmente piensos para animales. Tales productos pueden ser de la variedad expandida, tales como alimentos para animales domésticos convencionales o productos de tipo granulado más densos. Los materiales de los que se parte para alimentos expandidos o densos incluyen usualmente una alta proporción de grano con un nivel de al menos alrededor del 40% en peso (por ejemplo, maíz, trigo, soja, sorgo, avenas), y pueden incluir grasas y otros ingredientes incidentales. Los productos expandidos de acuerdo con la invención tendrán típicamente una densidad final (es decir, después del secado) de alrededor de 240,3 a 400,5 kg/m^{3}, mientras que los productos de tipo granulado más densos deberán tener una densidad final de alrededor de 480,6 a 801 kg/m^{3}. De modo general, por lo tanto, los productos finales de la invención tendrán densidades finales en el margen de alrededor de 240,3 a 801 kg/m^{3}.

Se ha hallado también que los productos producidos de acuerdo con la presente invención no presentan esencialmente pérdidas de contenido de aminoácidos y/o vitaminas, es decir, no más de alrededor del 10% de pérdida en comparación con los contenidos de aminoácidos y/o vitaminas totales respectivos de las recetas iniciales, y más preferiblemente una pérdida inferior al 5%. Los elementos extruidos de la invención deben tener al menos alrededor del 90% del contenido inicial total de aminoácidos y/o vitaminas presente en el mismo en una forma no degradada, sustancialmente nutritiva activa, y más preferiblemente al menos alrededor del 95% del mismo. Los aminoácidos totales se obtienen a partir de los aminoácidos presentes en los ingredientes de los que se parte y mediante la inclusión de aditivos de aminoácidos. Tales aditivos deberán incluir lisina, valina, metionina, arginina, treonina, triptofan, histadina, isoleucina y fenilamina, como aminoácidos libres o como residuos en aditivos más complejos tales como di-, tri- y otros polipéptidos. El tipo de vitamina deberá estar dictado por las necesidades nutritivas y deberá incluir típicamente vitaminas naturales y/o vitaminas premezcladas que contengan una diversidad de vitaminas que incluyan la vitamina A. La capacidad para conservar los contenidos de aminoácidos y/o vitaminas es una ventaja clara sobre el tratamiento convencional, en el que la degradación de aminoácidos y vitaminas durante la cocción de extrusión puede ser considerable.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en sección vertical que representa un extrusor de corta longitud preferido de acuerdo con la invención;

la figura 2 es una vista en sección tomada a lo largo de la línea 2-2 de la figura 1 y que representa el montaje de la hilera de centro de cuerpo del extrusor;

la figura 3 es una vista en sección similar a la figura 2 que ilustra un diseño de la hilera del centro de cuerpo alternativo;

la figura 4 es una vista en sección similar a la de la figura 1 y que ilustra un extrusor de corta longitud de acuerdo con la invención especialmente adaptado para la producción de piensos para animales, de alta densidad volumétrica, muy bien cocidos, y de baja humedad;

la figura 5 es una vista lateral que ilustra la configuración externa de los extrusores de corta longitud preferidos de acuerdo con la invención;

la figura 6 es un gráfico de barras con una curva logarítmica de ajuste óptimo aplicada a los datos de una serie de ensayos de absorción de agua/dispersión de gránulos en los que piensos porcinos de la técnica anterior fueron ensayados en cuanto a resistencia a la compresión inicial y resistencia a la compresión a intervalos de un minuto durante la inmersión del alimento en agua a 14,4ºC;

la figura 7 es un gráfico de barras similar al de la figura 6 que ilustra el mismo tipo de datos de ensayo de resistencia a la compresión de absorción de agua/dispersión de gránulos de un pienso porcino producido de acuerdo con la presente invención;

la figura 8 es un gráfico de barras similar a los de las figuras 6 y 7 pero que ilustra el mismo tipo de datos de ensayo de resistencia a la compresión de absorción de agua/dispersión de gránulos de un pienso porcino de la técnica anterior fabricado usando un molino de gránulos;

la figura 9 es una micrografía electrónica de barrido (SEM) que ilustra la estructura de un gránulo de pienso porcino convencional preparado usando un molino de gránulos estándar;

la figura 10 es una micrografía electrónica de barrido similar a la figura 9 pero que ilustra la estructura de un gránulo de pienso porcino de acuerdo con la invención;

la figura 11 es una vista desde arriba fragmentaria de un extrusor de tornillos gemelos, de corta longitud, de acuerdo con la invención; y

la figura 12 es una vista desde arriba fragmentaria de otro extrusor de tornillos gemelos de corta longitud, de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de la realización preferida Realización de las figuras 1 a 3

Volviendo ahora a los dibujos, en la figura 1 se ilustra un montaje 10 de extrusor de corta longitud diseñado para la producción de productos alimenticios expandidos. Hablando en general, el montaje 10 incluye un preacondicionador 12 y un extrusor 14. Este último incluye un cuerpo tubular alargado 16 que tiene una entrada 18 y una hilera 20 de extrusión abierta extrema. Un montaje 22 de tornillo axialmente giratorio, volado, alargado está dispuesto dentro del cuerpo 16 a lo largo del mismo.

Con más detalle, el preacondicionador 12 está diseñado para humedecer inicialmente y precocer parcialmente ingredientes secos antes del paso de los mismos como una pasta o similar en el interior 18 del extrusor 14. Con este fin, el preacondicionador 12 tiene típicamente la forma de una cámara alargada equipada con paletas interiores giratorias así como orificios de inyección para agua y/o vapor. Puede ser usada una diversidad de preacondicionadores en el contexto de la invención. No obstante, se prefiere particularmente usar los preacondicionadores DDC de Wenger del tipo descrito en la Patente de EE.UU. Nº 4.752.139, incorporada mediante referencia en esta memoria.

En la realización ilustrada, el cuerpo cilíndrico 16 se compone de tres secciones de cabeza tubular interconectadas y alineadas axialmente, es decir la cabeza 24 de entrada y las segunda y tercera secciones 26, 28. La cabeza 24 de entrada está configurada para presentar la entrada 18 de extrusor abierta hacia arriba y está posicionada debajo de la salida del preacondicionador 12 como se muestra. Además, la cabeza 24 de entrada tiene una pared extrema 30 abierta equipada con obturaciones 32 para aplicar el bloque 34 de obturación. El montaje 22 de tornillo está montado en el árbol 36 de accionamiento exagonal y se hace girar por medio del alojamiento 39 de apoyo convencional, representado esquemáticamente, y el motor eléctrico 39a.

La segunda cabeza 26 incluye una sección 38 metálica exterior equipada con una camisa exterior 40. Esta última tiene una entrada 42 y una salida 44 para permitir la introducción de medios de calentamiento o enfriamiento (por ejemplo, agua fría o vapor) en la camisa, permitiendo por tanto el control indirecto de la temperatura para la cabeza 26. En adición, la sección 38 está provista de un par de aberturas 46, 48 pasantes. Como se muestra, un manguito 50 de unión de inyección está situado dentro de la abertura 46, mientras que la abertura 48 tiene un tapón 52 desmontable en la misma.

La cabeza global 26 incluye además una camisa 54 metálica estacionaria desmontable asegurada a la cara interior de la sección 38. La camisa 54 tiene una superficie interior 56 que presenta secciones 57 de nervios helicoidales que definen un ánima 58 que se extiende axialmente. Como se muestra, el espesor de la camisa 54 aumenta a lo largo de la longitud de la misma de modo que el diámetro del ánima 58 disminuye entre la cabeza 24 de entrada y la tercera cabeza 28. La camisa 54 tiene también aberturas 59 y 59a transversales a través de la misma que están alineadas con las aberturas 46, 48 de la sección de cuerpo cilíndrico descritas anteriormente. El extremo de la cabeza 26 remoto de la cabeza 24 de entrada está equipado con un estator 60 con aberturas (véase la figura 2). El estator 60 incluye una brida exterior 62 que está emparedada entre las cabezas 26, 28 como se muestra, así como el segmento anular que se extiende hacia el interior. El segmento 64 a su vez tiene un anillo 66 de apoyo más interior asegurado al mismo por medio de tornillos 68. En adición, el segmento 64 está provisto de una serie de seis orificios circulares 70 espaciados circunferencialmente a través del mismo. La figura 3 ilustra otro montaje de rotor/estator que es idéntico al representado en la figura 2, a excepción del hecho de que, en lugar de los orificios 70, se proporciona una serie de seis ranuras 70a espaciadas circunferencialmente.

La tercera cabeza 28 es similar en muchos aspectos a la cabeza 26 e incluye una sección tubular exterior 72 y una camisa exterior 74, estando equipada esta última con una entrada 76 y una salida 78 para la introducción de medios de enfriamiento o calentamiento indirectos. Además, la sección 72 tiene aberturas transversales 80, 82 a través de la misma que reciben respectivamente el manguito 84 de unión y el tapón desmontable 86.

Una camisa metálica 88 desmontable está posicionada dentro de la sección 72 y tiene aberturas transversales 89, 89a a través de la misma alineadas con las aberturas 80, 82. La superficie interior 90 de la camisa 88 presenta nervios helicoidales 89 y define un ánima 92 central que se extiende axialmente. El ánima 92 disminuye su diámetro eficaz entre el extremo de la sección 28 de cuerpo cilíndrico adyacente a la sección 26 y el extremo de la sección 28 proximal a la hilera 20.

El cuerpo tubular 16 termina mediante la provisión de un corto espaciador anular 94 posicionado adyacente al extremo de la tercera sección 28 de cuerpo tubular remoto de la sección 26 de cuerpo tubular, junto con la hilera 20 más extrema. Esta última en la realización mostrada es una simple placa metálica que tiene una serie de orificios 96 de hilera a través de la misma.

El montaje 22 de tornillo incluye cuatro elementos que pueden hacerse girar montados en el árbol 36 e interconectados en una relación de extremo con extremo. En particular, el montaje 22 tiene una sección 98 de tornillo de entrada, una primera sección 100 de tornillo de entrada, un rotor 102 de apoyo, y una tercera sección 104 de tornillo.

La segunda sección 100 de tornillo incluye un árbol central 106 alargado que presenta una superficie generalmente troncocónica, exterior y un saliente 108 helicoidal que se extiende hacia fuera. Se ha de tener en cuenta que el paso del saliente 108 está orientado con un ángulo de paso que es menor que el ángulo de paso del saliente helicoidal 57 definido por la superficie 56 de la camisa 54. Además, se verá que la configuración global de la sección 100 de tornillo está configurada con el diámetro decreciente del ánima 58, es decir, la periferia exterior del saliente 108 disminuye progresivamente desde el extremo de entrada de la sección 100 de tornillo hasta el extremo de salida del mismo adyacente al rotor 102.

El rotor 102 está montado en el árbol 36 e incluye un apoyo 110 de sección transversal anular, algo en forma de L que es estrechamente adyacente al segmento 66 de apoyo anular del estator 60. El rotor 102 y el estator 60 ayudan a estabilizar el montaje 22 de tornillo durante la rotación a alta velocidad del mismo.

La tercera sección 104 de tornillo es muy similar a la sección 100 de tornillo. Es decir, la sección 104 incluye un árbol central alargado 112 que presente una superficie troncocónica exterior y un saliente helicoidal 114; orientado este último con un ángulo de paso que es menor que el ángulo de paso de los nervios 89.

Haciendo referencia a la figura 1, se observará que el ánima de extrusor global definida por las camisas 54 y 88 es de configuración generalmente troncocónica conduciendo desde la entrada 18 hasta la hilera 20, es decir, el ánima del cuerpo cilíndrico presenta un área de sección transversal generalmente decreciente a lo largo de la longitud de la misma. Además, se verá que la longitud eficaz del extrusor desde el extremo remoto de entrada 18 hasta el extremo del cuerpo 16 (mostrada como dimensión "L" en la figura 1) en función del diámetro máximo del ánima del cuerpo (dimensión "D" en la figura 1) es relativamente baja, y preferiblemente de hasta alrededor de 6; la relación L/D más preferida es de alrededor de 3 a 6. Como se usa en esta memoria, "la relación L/D" se refiere a la relación medida de acuerdo con la longitud y el diámetro ilustrados a modo de ejemplo en la figura 1.

Se ha de entender también que el estator 60 y el rotor 102 presentan cooperativamente un dispositivo de restricción de la circulación intermedio en la longitud del cuerpo tubular en la región de interconexión entre las secciones 26 y 28 del cuerpo. El dispositivo de restricción de la circulación global presenta por tanto una cara 116 aguas arriba y una cara 118 aguas abajo opuesta. El montaje 22 de tornillo y el dispositivo 60, 102 de restricción de la circulación están diseñados cooperativamente de modo que el desplazamiento de material por revolución de la cara 116 adyacente del montaje 22 es menor que el desplazamiento de material por revolución de la cara 118 de aguas abajo adyacente del montaje 22. Además, el montaje 22 y el dispositivo 60, 102 están diseñados de modo que mantienen de modo sustancialmente continuo las ranuras 70, que forman parte del dispositivo de restricción de la circulación, llenas de material durante el funcionamiento del extrusor. Con más detalle, el desplazamiento de material por revolución del montaje 22 de tornillo adyacente a la cara 118 de aguas abajo es hasta un 40% mayor que el desplazamiento de material del tornillo adyacente a la cara 118 de aguas arriba; más particularmente, el desplazamiento de la cara 118 adyacente excede el de la cara adyacente 116 un factor de alrededor de 15 a 40%. También las depresiones entre nervios 89 adyacentes en la camisa 88 son mayores que las depresiones correspondientes en la camisa 54. Como una consecuencia, el volumen libre dentro del ánima del barril, aguas abajo de, y adyacente al dispositivo 60, 102 de restricción de la circulación, es mayor que el volumen libre adyacente y aguas arriba del dispositivo de restricción de la circulación. Hablando cuantitativamente, el volumen libre dentro de la cabeza 28 en la región de la cara 118 es hasta alrededor del 30% mayor que el volumen libre dentro de la cabeza 26 en la región de la cara 116, más preferiblemente del 15 al 30% mayor. En operaciones típicas que emplean extrusores de acuerdo con la invención para producir piensos expandidos, un material comestible que ha de ser tratado es primero formulado y luego preacondicionado, seguido por el paso al interior y a través del extrusor de corta longitud. Normalmente, los ingredientes iniciales para el material que ha de ser tratado incluyen cantidades respectivas de proteínas y almidón, junto con nutrientes de aminoácidos y/o vitaminas. El contenido de aminoácidos total deberá incluir aminoácidos naturales así como aditivos aminoácidos libres como ácidos amínicos por sí mismos o como polipéptidos que contengan aminoácidos residuales, y cuyo contenido alcance hasta alrededor del 5% en peso, y más preferiblemente hasta alrededor del 2% en peso. El contenido de vitaminas total deberá deducirse asimismo de los ingredientes naturales presentes en el inicio y de los aditivos vitamínicos; el contenido de vitaminas total deberá alcanzar hasta un 2% en peso. El contenido de proteínas deberá ser normalmente de alrededor del 12 al 50% en peso, más preferiblemente de alrededor del 18 al 32% en peso. El contenido de almidón deberá variar de alrededor del 8 al 50% en peso, y más preferiblemente de alrededor del 10 al 30% en peso. Como fácilmente comprenderán los expertos en la técnica, los contenidos de proteínas y almidón se proporcionan normalmente mediante la inclusión de ingredientes portadores de proteínas y almidón derivados de animales o plantas. Materiales portadores de almidón comunes son los granos tales como maíz, trigo, sorgo, arroz. remolacha, cebada y mezclas de los mismos. Los ingredientes proteínicos podrían incluir, soja, comida cárnica y harina de pescado.

En el preacondicionador preferido, el material es humedecido y al menos parcialmente cocinado. El preacondicionamiento es normalmente efectuado fuera de modo que el producto que deja el preacondicionador tiene un contenido de humedad de alrededor del 15 al 40% en peso, y más preferiblemente de alrededor del 22 al 28% en peso. El tiempo de residencia en el preacondicionador es usualmente de alrededor de 15 a 150 segundos, y más preferiblemente de alrededor de 90 a 150 segundos; y la temperatura máxima en el preacondicionador varía de alrededor de 12,8 a 100ºC, y más preferiblemente de alrededor de 82,2 a 93,3ºC.

Durante el paso a través del extrusor, el material es sometido a niveles crecientes de temperatura y está en general completamente cocinado cuando emerge de la hilera de extrusión. Los tiempos de residencia típicos del material en el cuerpo del extrusor varían de alrededor de 2 a 15 segundos, preferiblemente de alrededor de 2 a 9 segundos, y con la máxima preferencia de alrededor de 2 a 6 segundos. Los niveles máximos de presión alcanzados en el cuerpo del extrusor son normalmente de 0,034 a 6,895 MPa, y más preferiblemente de 2,048 a 2,447 MPa. El nivel de temperatura máximo alcanzado en el cuerpo del extrusor es de alrededor de 104,4 a 148,9ºC, y más preferiblemente de alrededor de 110 a 121,1ºC.

Durante el procedimiento de extrusión, las aberturas del dispositivo 60, 102 de restricción de la circulación están completamente llenas para crear así una estrangulación en el cuerpo en la zona del dispositivo de restricción de la circulación y una presión diferencial a través del dispositivo 60, 102 (es decir, la presión es mayor en la cara 116 en comparación con la presión en la cara 118). Además, debido al hecho de que el desplazamiento por revolución del montaje 22 de tornillo adyacente a la cara 118 de aguas abajo es mayor que en la proximidad de la cara 116 de aguas arriba, el volumen libre aguas abajo del dispositivo de restricción de la circulación no está completamente estrangulado con material. En la zona inmediatamente adyacente a la hilera 20, se forma otra estrangulación de material para garantizar una extrusión suave del producto a través de las aberturas de la hilera.

Realización de las figuras 4 y 5

La figura 4 es una vista en sección transversal del extrusor 120 de corta longitud similar en muchos aspectos al extrusor 14 de la figura 1, pero está configurado especialmente para la fabricación de productos alimenticios muy cocinados, densos. El extrusor 120 está diseñado para ser usado con el mismo tipo de preacondicionador 12 descrito anteriormente.

El extrusor 20 un cuerpo tubular alargado 122 que tiene una entrada 124 y una salida 126, estando diseñada esta última para recibir una hilera de aberturas de diseño convencional (no mostrado). Un montaje 128 de tornillo axialmente giratorio, volado, alargado está dispuesto dentro del cuerpo 122 a lo largo de la longitud del mismo.

El cuerpo 122 se compone de tres secciones de cabeza tubular interconectadas y alineadas axialmente, es decir la cabeza 130 de entrada y las secciones segunda y tercera 132, 134. La cabeza 130 de entrada está configurada de modo que presenta la entrada 124 de extrusor abierta hacia arriba y está posicionada debajo de la salida de un preacondicionador tal como el preacondicionador 12 (véase la figura 1). En adición, la cabeza 130 de entrada tiene una pared extrema 136 abierta equipada con obturaciones 138 para aplicar el bloque 140 de obturación. El montaje 128 de tornillo está montado en un árbol de accionamiento exagonal y se hace girar por medio de un alojamiento de apoyo y un motor eléctrico convencionales, de la misma manera que el extrusor 14.

La segunda cabeza 132 incluye una sección 142 metálica exterior equipada con una camisa exterior 144. Esta última tiene una entrada 146 y una salida 148 para permitir la introducción de un medio de calentamiento o enfriamiento (por ejemplo, agua fría o vapor) en la camisa, permitiendo por tanto el control indirecto de la temperatura para la cabeza 132. En adición, la sección 142 está provista de un par de aberturas pasantes 150, 152. Como se muestra, un manguito 154 de inyección está situado dentro de la abertura 150, así como un segundo manguito 156 de unión está posicionado dentro de la abertura 152.

La cabeza global 132 incluye además una camisa metálica estacionaria 158, desmontable asegurada a la cara interior de la sección 142. La camisa 158 tiene una superficie interior 160 que presenta secciones 162 de nervio helicoidales que definen un ánima 164 que se extiende axialmente. Como se muestra, el espesor de la camisa 158 aumenta a lo largo de la longitud de la misma de modo que el diámetro del ánima 164 disminuye entre la cabeza 130 de entrada y la tercera cabeza 134. La camisa 158 tiene también aberturas transversales 166 y 168 a través de las cuales se alinean las aberturas 150, 152 de la sección de cuerpo descritas anteriormente.

La tercera cabeza 134 es similar en muchos aspectos a la cabeza 132 e incluye una sección tubular exterior 170 y una camisa exterior 172, equipada esta última con una entrada 174 y una salida 176 para la introducción de medios indirectos de refrigeración o calentamiento. Además, la sección 170 tiene aberturas 178, 180, 182 transversales a través de la misma que reciben el manguito 184 de unión y los manómetros 186, 188, respectivamente.

Una camisa 190 metálica desmontable, estacionaria está posicionada dentro de la sección 170 y tiene aberturas transversales 192, 194, 196 a través de la misma coincidentes con las aberturas 178 a 182, respectivamente. La superficie interior 198 de la camisa 190 presenta nervios helicoidales 200 y define un ánima central 202 que se extiende axialmente. El ánima 202 disminuye de diámetro eficaz entre el extremo de la sección 134 de cuerpo adyacente a la sección 132 y el extremo de la sección 134 proximal a la hilera de extrusión más extrema (no mostrada).

El cuerpo tubular 122 se termina mediante la provisión de una hilera a través de la cara abierta del mismo. En muchos casos, puede posicionarse un corto espaciador anular (no mostrado) adyacente al extremo de la tercera sección 134 del cuerpo remoto de la segunda sección 132 de cuerpo, junto a la hilera más extrema.

El montaje 128 de tornillo incluye cuatro elementos giratorios sobre el árbol de accionamiento exagonal e interconectados en una relación de extremo con extremo. En particular, el montaje 128 tiene una primera sección 204 de tornillo de entrada, una segunda sección 206 de tornillo, una sección 208 de transición volada, y una tercera sección 210 de tornillo.

La segunda sección 206 de tornillo incluye un árbol central alargado 212 que presenta una superficie generalmente troncocónica, exterior y un volado helicoidal 214 que se extiende hacia fuera. Se ha de tener en cuenta que el paso del volado 214 está orientada con un ángulo de paso que es menor que el ángulo de paso del volado helicoidal 162 definido por la superficie 160 del manguito 158. Además, se verá que la configuración global de la sección 212 de tornillo está de acuerdo con al diámetro decreciente del ánima 164, es decir, la periferia exterior del tramo 214 disminuye progresivamente desde el extremo de entrada de la sección 206 de tornillo hasta el extremo de salida del mismo adyacente a la sección 208 de transición.

La sección 208 de transición tiene la forma de un corto cuerpo cilíndrico que tiene el volado helicoidal 216 que está alineado con el volado helicoidal 214 como se muestra.

La tercera sección 210 de tornillo es muy similar a la sección 206 de tornillo. Es decir, la sección 210 incluye un árbol central 218 alargado que presenta una superficie troncocónica y un volado helicoidal 220, más exteriores; este último está orientado con un ángulo de paso que es menor que el ángulo de paso de los nervios 200. Además el volado 220 está alineado con el volado 216 de la sección 208 de transición.

Se observará que el ánima del extrusor global definida por las camisas 158 y 190 es de configuración generalmente troncocónica conduciendo desde la entrada 124 hasta la hilera más extrema, es decir, el ánima del cuerpo tubular presenta un área de la sección transversal generalmente decreciente a lo largo de la longitud de la misma. El extrusor 120 tiene también esencialmente la misma relación L/D que el extrusor 14 descrito anteriormente.

La figura 5 ilustra una configuración exterior alternativa para el extrusor 120. Es decir, el extrusor 120a de la figura 5 tiene la misma configuración interior que el extrusor 120. No obstante, la segunda y la tercera cabezas 132a y 134a del cuerpo 123a de extrusor no están equipadas con camisas exteriores. En lugar de ello, el enfriamiento de la cabeza se efectúa por medio de una serie de aletas 222 y 224 de refrigeración espaciadas circunferencialmente que se extienden radialmente hacia fuera proporcionadas en las cabezas 132a, 134a respectivamente. La realización de la figura 5 ilustra una tubería 226 colectora de vapor circular dispuesta cerca del extremo de salida de la cabeza 134a, con un total de cuatro montajes 228 de tubería de inyección de vapor regulados por válvulas espaciadas separadamente entre sí acopladas con la tubería colectora 226. Cada uno de los montajes 228 se extiende a través de la pared de la sección 134a de cuerpo, para permitir la inyección directa de vapor en los confines del extrusor 120a. La tubería colectora 226 está cubierta por una protección 230 perforada como se muestra.

La producción de productos alimenticios densos muy cocidos usando el aparato de las figuras 4 y 5 continúa generalmente como se describe con referencia a la producción de productos alimenticios expandidos, es decir, la formulación inicial es preacondicionada y entonces alimentada dentro y a través del extrusor 120 ó 120a. No obstante, para producir los alimentos deseados es necesaria alguna alteración del procedimiento, principalmente en el contenido de humedad del material inicial y el producto final.

Por ejemplo, una formulación inicial deberá tener normalmente un contenido de grano relativamente alto, al menos alrededor de 60% en peso y más preferiblemente al menos alrededor del de 80% en peso. La fracción de grano podría ser obtenida de cualquiera de las fuentes de grano anteriormente mencionadas. La proteína total para las formulaciones iniciales variará usualmente de alrededor del 12 al 50%, más preferiblemente de alrededor del 18 al 32% en peso, mientras que el contenido de almidón variará de alrededor del 8 al 50% en peso y más preferiblemente de alrededor del 10 al 30% en peso. La proteína y/o el almidón pueden ser proporcionados mediante materiales portadores de proteína y almidón apropiados o a través de la adición directa de proteínas y almidones deseados.

Durante el preacondicionamiento, el material es humedecido hasta un máximo de alrededor del 30% en peso, más ordinariamente hasta alrededor del 22% en peso. Las condiciones de temperatura dentro del preacondicionador variarán de alrededor de 57,2 a 99,3ºC y más preferiblemente de alrededor de 65,6 a 87,8ºC. Los tiempos de residencia en el preacondicionador serán generalmente los mismos que los establecidos para el tratamiento de productos alimenticios expandidos.

Durante el paso a través del extrusor, el material preacondicionado es al menos parcialmente cocinado mediante la acción del calor y el cizallamiento. Los tiempos de residencia del material preacondicionado en el cuerpo del extrusor son los mismos que los descritos anteriormente, es decir, de alrededor de 2 a 15 segundos, preferiblemente de alrededor de 2 a 9 segundos y con la máxima preferencia de alrededor de 2 a 6 segundos. Las condiciones de presión máxima dentro del cuerpo del extrusor son experimentadas justamente aguas arriba de la hilera de extrusión final, y generalmente varían de alrededor de 0,172 a 2,758 MPa, más preferiblemente de 0,517 a 1,724 MPa.

El producto que emerge de la hilera de extrusión tiene una humedad relativamente baja de hasta alrededor del 20% en peso, preferiblemente de hasta alrededor del 18% en peso, y con la máxima preferencia de alrededor del 14 al 18% en peso. Se puede permitir entonces que el producto del extrusor caliente se enfríe/seque en aire ambiente para lograr niveles de humedad equilibrados finales de alrededor del 10 al 15% en peso, más preferiblemente de alrededor del 12% en peso.

Realizaciones de las figuras 11 y 12

Un extrusor 232 de tornillos gemelos de corta longitud se ilustra en la figura 11 e incluye un par de secciones 234, 236 de cabeza tubular, interconectadas, que definen en colaboración un cuerpo tubular alargado 237 que presenta una abertura en forma de "8", interior, cónica que se estrecha hacia la salida, un par de tornillos 238, 240 de rosca volada (corrotativos o contrarrotativos) axialmente giratorios, alargados, con conicidad hacia la salida, y una placa 242 de hileras abierta hacia delante.

La cabeza 234 es de construcción fundida enteriza o puede estar dividida en secciones, con la porción superior de la misma configurada para presentar una abertura 244 de entrada que conduce al interior del cuerpo. La cabeza 236 de salida incluye un pasaje interior 246 para la introducción de medios de calentamiento o refrigeración. Como se ilustra, un estator 248 está emparedado entre secciones 234, 236 de cabeza y presenta un nervio 250 circunscrito que se extiende hacia el interior.

Cada uno de los tornillos 238, 240 es de diseño dividido en secciones y está equipado con tres elementos 252, 254, 256 de restricción de la abertura entre las secciones de tornillo penúltima y final. El elemento intermedio 254 es de reducido diámetro para proporcionar un cierto juego para el nervio 250.

El extrusor 232a de la figura 12 es idéntico en todos los aspectos al extrusor 232, a excepción del hecho de que los elementos 252 a 256 de restricción y el estator 248 se omiten. Consecuentemente, se han aplicado los mismos números de referencia a los componentes del extrusor 232a con la adición de "a" como sufijo.

Las relaciones L/D de los extrusores 232, 232a son las mismas que en los extrusores de corta longitud únicos descritos anteriormente, como lo son los márgenes preferidos y amplios de los parámetros operacionales tales como r.p.m. del tornillo, velocidad de la punta del tornillo, presiones, temperaturas, tiempo de residencia, densidad global del producto, gelatinización, niveles de humedad y valores de PDI. Los extrusores de tornillos gemelos de la invención funcionan esencialmente de la misma manera si se los compara con los tornillos semejantes
únicos.

Los ejemplos siguientes exponen los aparatos y métodos de extrusión preferidos de acuerdo con la invención. Ha de entenderse que la invención no está limitada por ellos y nada en los ejemplos debe considerarse como una limitación del alcance global de la invención.

Como se usan en esta memoria, "índice de durabilidad de los gránulos" y "PDI" se refieren a un ensayo de durabilidad reconocido en la técnica, descrito en el volumen "IV Tecnología de la Fabricación de Alimentos" de la American Food Association, Inc., 1994, páginas 121-122 (e información referenciada), incorporado por su referencia en esta memoria. En ese tipo de ensayo de durabilidad, la durabilidad de los gránulos es obtenida inmediatamente después del enfriamiento cuando los gránulos tienen una temperatura comprendida dentro de \pm5,6ºC de la temperatura ambiente. La durabilidad es determinada tratando en un tambor de frotación 500 g de muestra de gránulos pretamizados (para eliminar los finos) durante 5 minutos a 50 r.p.m. en un recinto hermético al polvo de 30,5 cm x 30,5 cm x 12,7 cm equipado con una placa interior de 5,1 cm x 23,0 cm adherida simétricamente a lo largo de un lado de 23,0 cm a una diagonal de una dimensión de 30,5 x 30,5 cm del recinto. El recinto se hace girar alrededor de un eje perpendicular a uno centrado sobre los lados de 30,5 cm del mismo. Después de la frotación, los finos se retiran mediante tamizado, y la muestra de gránulos se vuelve a pesar. La durabilidad de los gránulos se define como:

durabilidad = (peso de los gránulos después de la frotación) / (peso de los gránulos antes de la frotación) x 100

Ejemplo 1

En este ejemplo, fue empleado un extrusor de corta longitud en combinación con un preacondicionador en la fabricación de alimentos para animales domésticos de alta calidad a regímenes de producción comercial.

El extrusor fue del tipo representado en la figura 1, y comprendía tres cabezas. En particular, la configuración de extrusor usado en los Ensayos #1, #2 y #4 comprendía los siguientes componentes (en donde todas las piezas se identifican con los números de pieza de Wenger Mfg. Co.); cuerpo extrusor - 65695-001 (cabeza de entrada); 65676-001 (cabeza Nº 2); y 65689-001 (cabeza Nº 3). La cabeza Nº 2 estaba equipada con forro interior 65691-001 y un estator 76598-001 entre la segunda y la tercera cabezas. Montaje de tornillo - 76597-001 (árbol); 65670-001 (tornillo de entrada); 65671-001 (segunda sección de tornillo); 65906-003 (bloqueo de cizalladura estacionario) entre la segunda y la tercera secciones de tornillo que comprende 65907-001 (rotor) y 65909-001 (estator); y 65675-001 (tercera sección de tornillo). Hilera final - 65534-009 (primer espaciador); 65421-001 placa de hileras; y 31350-779 (inserción de hilera dando aberturas de hilera de 3/8''). Un montaje de cuchillo giratorio fue posicionado adyacente a la salida de la hilera para cortar las piezas extruidas en un tamaño conveniente. El montaje de cuchillo incluía lo siguiente: 19462-023 (portador de cuchillo) y diez hojas (19512-003) de cuchillo. El extrusor empleado en los Ensayos #3 y #5 fue idéntico al descrito anteriormente, a excepción de que el árbol empleado fue la Parte Nº 76597-001 de Wenger y la sección de tornillo final (Parte Nº.65675-005 de Wenger) fue de configuración de vuelo corto.

El preacondicionador usado en ambas disposiciones fue un preacondicionador DDC de Wenger que tenía la configuración 60-60 estándar.

En los cinco ensayos de la prueba, la receta del pienso para animales domésticos inicial se componía de 22% en peso de comida avícola, 54% en peso de comida de maíz, 8% en peso de trigo, 8% en peso de comida de gluten de maíz, y 6% en peso de comida de soja. En cada caso el material inicial fue alimentado en, y a través del acondicionador, para humedecimiento y cocinado parcial del mismo, seguido por el paso a través del extrusor de tres cabezas. Se inyectó agua y algunas veces vapor en el cuerpo extrusor en los orificios de inyección de las cabezas segunda y tercera. Después de la extrusión, el producto fue secado convencionalmente hasta alcanzar un contenido de humedad de alrededor del 9 al 11% en peso.

La tabla siguiente establece las condiciones de funcionamiento para los dispositivos preacondicionador y extrusor en los cinco ensayos.

TABLA 1

1

Todos los ensayos dieron productos completamente cocinados y formados, comercialmente aceptables. Se halló que la densidad global del producto del Ensayo #1 elastómera de alrededor de 304,4 kg/m^{3}.

Ejemplo 2

En este ejemplo, un extrusor/preacondicionador de corta longitud del tipo mostrado en la figura 4 fue usado para fabricar un pienso acabado porcino, duro, denso, de alta calidad. El producto resultante fue equivalente o superior a aquellos producidos convencionalmente usando un expansor y un molino de gránulos.

Concretamente, la configuración de extrusor de tres cabezas usada en los Ensayos 6 y 7 comprendía los componentes siguientes (donde todas las piezas están identificadas con los números de pieza de la Wenger Mfg. Co.): cuerpo de extrusor - 65695-001 (cabeza interior); 65676-001 (cabeza Nº 2); y 65689-001 (cabeza Nº 3). La cabeza Nº 2 estaba equipada con la camisa interior (65691-001), en tanto que la cabeza 3 tenía también una camisa interior (76598-001). Montaje de tornillo - 76597-002 (árbol); 65670.001 (tornillo interior); 65671-001 (primera sección de tornillo); 65906-001 (segunda sección de tornillo) y (65676-001 (tercera sección de tornillo). Hilera final - 66532-103 BH, 65534-009 AD, 74010-954 NA, con 13 inserciones. Un montaje de cuchillo giratorio fue posicionado adyacente a la salida de la hilera para cortar el pienso extruido en un tamaño conveniente. El montaje de cuchillo incluía lo siguiente: 19462-001 (portador de hojas del cuchillo) y seis hojas (19430-007) de corte de cuchillo.

En el caso de los Ensayos 8 y 9, la configuración de extrusor comprendía los componentes siguientes: cuerpo de extrusor - 65695-001 (cabeza interior); 65676-001 (cabeza Nº 2); y 65689-001 (cabeza Nº 3). La cabeza Nº 2 estaba equipada con camisa interior 65691-001, en tanto que la cabeza 3 tenía también una camisa interior, 76598-001. Montaje de tornillo - 76597-001 (árbol); 65670-001 (sección de primer tornillo); 65658-015 (sección de segundo tornillo); y 65675-001 (sección de tercer tornillo). Hilera final - 6534-009 AD y 65421-001 BH. Un montaje de cuchillo giratorio estaba posicionado adyacente a la salida de la hilera para cortar el pienso extruido en el tamaño conveniente. El montaje de cuchillo incluía lo siguiente: 19607-017 (portador de hojas de cuchillo) y cinco hojas de corte de cuchillo.

El preacondicionador usado en ambos montajes fue un preacondicionador Wenger Model 16 DDC que tiene la Configuración Nº 377. Los árboles izquierdo y derecho estaban equipados cada uno con un total de sesenta batidores.

En los Ensayos 6 a 9 inclusive, la receta inicial estaba compuesta del 76,96% en peso de sorgo, 15,95% en peso de pienso de soja, 4,69% en peso de sebo, 0,94% en peso de sal, 0,94% en peso de carbonato de calcio, 0,41% en peso de vitaminas premezcladas, y 0,11% en peso de lisina. En cada caso el material inicial se alimentaba en y a través del preacondicionador para humedecimiento y cocinado parcial del mismo seguido por el paso a través de los tres extrusores de cabeza. Se inyectó agua en el cuerpo del extrusor en los Ensayos 7 a 9. Los Ensayos 6 y 7 fueron algo inestables pero los Ensayos 8 y 9 fueron estables y dieron piensos porcinos buenos, de alta densidad. La posterior extrusión del producto fue enfriada usando un refrigerador de múltiples pasos para alcanzar densidades finales de 560,9 kg/m^{3} (Ensayo 6), 574,7 kg/m^{3} (Ensayo 7), 727,3 kg/m^{3} (Ensayo 8) y 720,9 kg/m^{3} (Ensayo 9).

La tabla siguiente establece las condiciones de funcionamiento para los dispositivos de preacondicionador y extrusor en los cuatro ensayos.

TABLA 2

2

Las densidades más altas logradas en los Ensayos 8 y 9 se consideran atribuibles principalmente al diferente montaje de la hilera empleada en comparación con los Ensayos 6 y 7.

Aunque el dispositivo extrusor concretamente descrito en esta memoria es del tipo de tornillo único, se entenderá que los extrusores de tornillos gemelos de corta longitud tales como los ilustrados en las figuras 11 y 12 pueden ser fabricados también de acuerdo con la invención.

Ejemplo 3

En este ejemplo se producen piensos porcinos de acuerdo con la invención que incorpora en ellos lisina y mezcla previa de vitaminas que contiene vitamina A para determinar la extensión de la degradación de la vitamina A y la lisina que se produce durante el tratamiento.

El extrusor de tres cabezas usado en estos ensayos fue del tipo mostrado en la figura 4 y estaba compuesto de los siguientes componentes (en los que todas las piezas están identificadas con los números de pieza de Wenger Mfg Co.): cuerpo extrusor - 65695-001 (cabeza de entrada); 65676-001 (cabeza Nº 2); y 65689-001 (cabeza Nº 3). La cabeza Nº 2 estaba equipada con camisa interior 65691-001, mientras que la cabeza 3 tenía una camisa interior 76598-001. El montaje de tornillo - 76597-001 (árbol); 65670-001 (tornillo de entrada); 65671-001 (primera sección de tornillo); 65658-015 (segunda sección de tornillo); y (65675-001 (tercera sección de tornillo). Hilera final - 65534-009 AD, 65421-001 BH, 74010-955 NA, con diez inserciones. Un montaje de cuchillo giratorio estaba posicionado adyacente a la salida de la hilera e incluía: 19607-017 (portador de hojas de cuchillo) y cinco hojas de corte de cuchillo. El preacondicionador usado en estos ensayos fue un Wenger Model DDC que tenía la Configuración Nº 377. Los árboles izquierdo y derecho estaban equipados cada uno con un total de 60 batidores.

En los Ensayos 10 y 11, la receta inicial estaba compuesta de 76,96% en peso de sorgo, 15,95% en peso de pienso de soja, 4,69% en peso de sebo, 0,94% en peso de sal, 0,94% en peso de carbonato de calcio, 0,41% en peso de mezcla preliminar de vitaminas, y 0,11% en peso de lisina. La tabla siguiente establece las condiciones de funcionamiento para el dispositivo de preacondicionador y extrusor usado en estos dos ensayos.

TABLA 3

3

La refrigeración de los respectivos piensos extruidos fue efectuada en un secador/refrigerador de dos pasadas. En el caso del Ensayo 10, la temperatura de la zona 1 fue de 42ºC y la temperatura de la zona 2 fue de 39ºC. Los tiempos de retención fueron de 2,7 minutos, y 5 minutos respectivamente. Las velocidades 1-4 de ventilador fueron 1597, 1638, 1078 y 1038 r.p.m., respectivamente. En el Ensayo 11, las temperaturas de la zona 1 y la zona 2 fueron de 41ºC y 39ºC respectivamente, en tanto que los tiempos de retención fueron de 2,7 minutos y 5 minutos respectivamente. Las velocidades 1-4 de ventilador fueron 1579, 1635, 1078 y 1038 r.p.m., respectivamente.

Los piensos porcinos extruidos fueron analizados y se halló para el Ensayo 10: densidad de la pieza de 1,2245 g/ml, PDI (Índice de Durabilidad del gránulo) de 99,4%, absorción de grasa de 8% en peso, y densidad de la pieza después del enfriamiento de 1,2482 g/ml. Para el Ensayo 11: densidad de la pieza de 1,203 g/ml, PDI de 99,0%, y absorción de grasa de 11,0% en peso.

En adición, el pienso porcino extruido de los Ensayos 10, 11 fue ensayado en cuanto a lisina, vitamina A y cuenta de moldeo disponible. Los resultados del ensayo se exponen a continuación:

TABLA 4

Muestra	Lisina Disponible (% en peso)	Vitamina A (IU/kg)	Cuenta de Molde (CFU/g)
Receta en bruto	0,70	1,777	300.000
Ensayo 10	0,71	2,545	<10
Ensayo 11	0,72	2,695	<10

Estos datos demuestran que los productos de los Ensayos 10 y 11 no experimentaron pérdidas de lisina o vitamina A, y completa destrucción de moldes, indicando que no se habían formado aflotoxinas u otras toxinas después de la extrusión. Los ensayos de Salmonella en los piensos fueron también negativos. Estos resultados contrastan con las pérdidas de vitamina A y lisina disponibles típicas experimentadas en los procedimientos de extrusión convencionales. Por ejemplo, los piensos porcinos producidos usando un equipo convencional dan ordinariamente pérdidas de lisina del 14-15% en peso, y pérdidas de vitamina A del orden del 40% en peso.

Se considera que los tiempos de residencia en el extrusor extremadamente cortos conseguidos con la presente invención originan la retención esencialmente completa de la lisina y del contenido vitamínico en los piensos extruidos terminados: los tiempos de residencia en el cuerpo del extrusor aproximados para los Ensayos 10-11 fueron medidos mediante la inyección de un trazador de color y se halló que eran de alrededor de 3-4 segundos. Al mismo tiempo no obstante, tales piensos extruidos estaban suficientemente cocinados y eran por otra parte muy agradables al paladar.

Ejemplo 4

En esta serie de ensayos, fueron producidos productos de pienso porcino relativamente duros usando un extrusor como el mostrado en la figura 5. Fueron usadas dos recetas separadas: en los Ensayos #12-#13, 80% de sorgo en peso, 18% en peso de harina de soja, 1% en peso de carbonato de calcio, y 1% de sal en peso, con los ingredientes secos teniendo un contenido de humedad del 10,9% en peso, base húmeda; en los Ensayos #14-#24, 80% en peso de maíz, 18% en peso de harina de soja, 1% de carbonado de calcio, y 1% de sal, con los ingredientes secos teniendo un contenido de humedad que variaba de 9,39% (Ensayo #22) a 11,63% en peso, base húmeda (Ensayo #20). En todos los ensayos, los ingredientes secos fueron molidos a través de un tamiz de 1/16 de pulgada, y durante el preacondicionamiento, fue añadido un 2% de sal.

El preacondicionador usado en todos los ensayos fue un Wrenger Model 16 DDC, usando la configuración Nº 377 en la que el árbol izquierdo estaba equipado con 60 batidores (12 a 75º hacia delante, 24 a 90º neutros, y 24 a -75º inversos), y el árbol derecho tenía 60 batidores (12 a 75º hacia delante y 48 a -75º inversos).

En los Ensayos #12-17 y 20-23, la configuración del extrusor incluía: cuerpo de extrusor - 65695-001 (cabeza 1 de entrada), 65676-001 (cabeza 2) y 65689-001 (cabeza 3); camisas de extrusor - 65691-001 (en la cabeza 2), y 76598-001 (en la cabeza 3); árbol extrusor - 76597-001; elementos giratorios montados en el árbol - 65670-001, 65671-001, 656658-013 y 656775-001. Para los Ensayos #18-19, la configuración del extrusor incluía: cuerpo de extrusor - 65695-001 (cabeza de entrada), 65676-001 (cabeza 2), 65689-001 (cabeza 3); camisas de extrusor - 65691-001 (en la cabeza 2), y 65693-001; árbol extrusor - 76597-001; elementos giratorios montados en el árbol - 65670-001, 65671-001, 65658-013 y 65675-001. La configuración de extrusor más preferida fue usada en el Ensayo #24 y fue la misma que para los Ensayos #12-17 y 20-23, con la excepción de que el tornillo de salida cónico tenía 15º de conicidad con un espaciador de 1/4'' adicional enfrente del tornillo de salida del cono para mover este más cerca hacia el extremo de descarga del extrusor. Esta configuración se ilustra concretamente en la figura 4.

El montaje de hileras y cuchillo usado en los Ensayos #12 a 21 incluía: hileras y adaptadores - 53661-005 NA, 65421-001 BH y 74010-955 NA, con diez inserciones, seis orificios de 6 mm de diámetro para cada inserción, 15 mm de longitud de meseta; portador - 19462-0223 de cuchillo que lleva cinco 19430-003 hojas de corte. El montaje usado en los Ensayos #22-24 incluía: hileras y adaptadores - 53661-005 NA, 65421-001 BH y 74010-752 NA, tres orificios de 1/4'' para cada inserción, longitud de meseta de 1/2''; portador de cuchillo -19462-023 que lleva diez hojas de corte 19430-023 de cuchillo.

La tabla siguiente establece las condiciones de ensayo para esta serie de experimentos.

4

Los Ensayos #12-17 se ejecutaron todos a una velocidad del árbol extrusor de menos de 600 r.p.m. In el caso de los Ensayos #18-20 la velocidad del árbol extrusor fue aumentada significativamente. Esto originó un incremento muy significativo en la presión justamente aguas arriba de la hilera y un incremento correspondientemente significativo en la carga del motor del extrusor. En el caso del Ensayo #23 se proporcionó un bloqueo de cizalladura de transición escalonado entre las cabezas 2 y 3, que sirvió para evitar que el producto se acumulase en el centro de la cabeza 3 y dio como resultado un control operacional más fácil. El ensayo #24 final empleó un tornillo cónico con una conicidad de 15º, la transición del bloque de cizalladura escalonado del Ensayo #23, y con un espaciador de 0,63 cm adicional para mover el extremo del tornillo más cerca de la hilera de descarga. Esto proporciona mejor producto y comportamiento en cualquiera de los ensayos.

Todos los productos fueron densos, productos alimenticios porcinos relativamente duros que tenían un alto grado de cocción, todavía capaces de absorber rápidamente agua, lo cual los hacía productos alimenticios porcinos ideales.

Los piensos densos preferidos producidos de acuerdo con la presente invención son en forma de cuerpos extruidos de baja humedad (preferiblemente de hasta alrededor el 20% en peso de base húmeda directamente desde el extrusor, más preferiblemente, de hasta alrededor del 18% en peso, con la máxima preferencia de alrededor del 14 al 18% en peso) presentando al menos alrededor del 60% de gelatinización (más preferiblemente de alrededor del 65 al 85% de gelatinización) de los componentes portadores de almidón de los mismos, con un FDI de al menos alrededor de 90 y más preferiblemente de al menos alrededor de 95. Los productos están por tanto muy cocinados y no tienen esencialmente bacterias residuales. Los cuerpos extruidos son también relativamente duros, y tienen densidades globales de al menos 448,6 kg/m^{3} y más preferiblemente de al menos alrededor de 480,6 kg/m^{3}. A pesar de la dureza de los cuerpos extruidos, son capaces de absorber fácilmente humedad. Concretamente, los productos obtenidos, tras ser sumergidos en agua a 14,4ºC durante un periodo de 4 minutos, deben presentar una resistencia máxima a la compresión que es inferior a alrededor del 700% (y más preferiblemente inferior a alrededor del 60%) de la resistencia máxima a la compresión del producto antes de ser sumergido en agua. Además, tras ser sumergido en agua a 14,4ºC durante un periodo de 8 minutos, los productos de la invención deben tener una resistencia máxima a la compresión de hasta alrededor del 40% (y más preferiblemente de hasta alrededor del 30%) de la resistencia máxima a la compresión del producto antes de ser sumergido en agua. Tales ensayos de resistencia a la compresión se realizan preferiblemente usando un Analizador de Textura Modelo TA.XT2 vendido por Texture Technologies Corp. de Scarsdale, NY, EE.UU.

En esta ocasión, la atención se dirige a las figuras 6 a 8. La figura 6 es un gráfico de barras con una curva logarítmica de ajuste óptimo aplicada que ilustra ensayos de resistencia a la compresión usando piensos porcinos extruidos tradicionales. Ha de tenerse en cuenta que después de cuatro minutos de inmersión en agua a 114,4ºC, la resistencia a la compresión de los productos extruidos tradicionales fue aproximadamente del 83,5% en comparación con el producto no sumergido inicial, y después de ocho minutos de inmersión, la resistencia a la compresión fue de alrededor del 78,6% sobre la misma base. La figura 7 es un gráfico similar y una curva logarítmica que muestra la resistencia a la compresión de piensos porcinos producidos de acuerdo con la presente invención. El producto particular ensayado en esta figura fue el del Ensayo #13 del Ejemplo 4. Como se ilustra, después de cuatro minutos de inmersión, los productos de la invención presentan una resistencia ala compresión de alrededor del 52% en comparación con el producto inicial no sumergido en agua, en tanto que después de ocho minutos, la resistencia a la compresión fue solamente de alrededor del 24,7%. La figura 8 es similar a las figuras 6 y 7, pero representa las propiedades de resistencia a la compresión de un pienso porcino convencional preparado mediante procedimientos de obtención de gránulo típicos. Los datos de resistencia a la compresión son muy similares a los de la presente invención (52,7% de resistencia a la compresión después de cuatro minutos de inmersión en comparación con el producto inicial, y 16,6% de resistencia a la compresión después de ocho minutos de inmersión), que demuestran por tanto que los productos extruidos de la presente invención son similares a los productos granulados tradicionales en términos de absorción de agua y dispersión de gránulos.

Este serie de ensayos demuestra también que el material que soporta la extrusión experimenta un incremento muy rápido en la presión justamente aguas arriba de la hilera de extrusión final. En efecto, la utilización de medidores de presión dobles 186 y 188 (véase la figura 4) revela que la presión en el manómetro remoto 186 es esencialmente la atmosférica en tanto que la presión en el manómetro 188 varía de 7780 a 1100 kPa. Hablando en general, la presión dentro de dicho cuerpo extrusor en un punto espaciado hacia atrás de la cara interior de la hilera de extrusión axialmente a lo largo de la longitud de dicho montaje de tornillo una distancia igual a 1,5 veces la mayor diámetro D del cuerpo extrusor debe ser esencialmente la atmosférica. La presión dentro de dicho cuerpo extrusor inmediatamente adyacente a dicha cara interior de dicha hilera de extrusión debe ser al menos de alrededor de 689 kPa, y más preferiblemente de al menos alrededor de 2.068 kPa.

También se ha encontrado que la "velocidad de punta" del montaje de tornillo extrusor puede ser un parámetro importante. La velocidad de punta es la velocidad de la punta extrema del tornillo de extrusión más próxima e la hilera de extrusión. La velocidad de punta debe ser de alrededor de 122 a 490 m/min, más preferiblemente de alrededor de 183 a 366 m/min y con la máxima preferencia de alrededor de 213 a 294 m/min.

Para ilustrar mejor las marcadas diferencias entre los gránulos de acuerdo con la invención y los productos tradicionales, fue examinada una comparativa de los gránulos de pienso porcino producidos en un molino de gránulos y de acuerdo con la presente invención efectuando micrografías electrónicas de barrido de los productos. En cada caso, el gránulo representativo fue cortado en rebanadas longitudinalmente con una hoja de afeitar y se siguieron procedimientos de SEM (Micrografías Electrónicas de Barrido) estándar para obtener las micrografías. La SEM del producto de molino de gránulo convencional se muestra en la figura 9, en tanto que la SEM del producto mejorado de la invención se representa en la figura 10.

Haciendo referencia a la figura 9, las partículas redondas ilustradas son partículas de almidón sustancialmente intactas (es decir, no sustancialmente gelatinizadas), con solamente un modelo de circulación general alineado con la circulación de gránulos a través de la hilera del molino de gránulos. En contraste, la SEM de la figura 10 demuestra que los productos de acuerdo con la invención tienen escasas, si tienen alguna, partícula de almidón intacta, con alineación del modelo de circulación muy pronunciada. La figura SEM de la 10 ilustra también una estructura laminar significativa que se considera que imparte resistencia significativa a los gránulos.

En la práctica preferida de la presente invención, a medida que los ingredientes pasan a través del preacondicionador, las fracciones de almidón y proteínas son transformadas de un estado vítreo, muy viscoso, en un estado vítreo o que se aproxima a una masa con las propiedades del caucho. No obstante, al entrar el ingrediente inicial, en esta condición, en el extrusor de cocción de corta longitud de la invención, la temperatura del mismo se eleva hasta un punto cercano o incluso ligeramente superior a la temperatura de transición de fusión y la viscosidad de las fracciones de proteínas y almidón se reduce. Al salir los materiales a través de la hilera final sin embargo, se obtiene la estructura laminar deseada y como la temperatura desciende rápidamente, las fracciones de almidón y proteínas vuelven a un estado vítreo. En este punto, la estructura laminar se retiene permanentemente en los productos finales. Al mismo tiempo, no obstante, cuando se desean productos densos las condiciones son controladas para limitar cualquier expansión del producto tras salir de la hilera. Generalmente, se observa algún grado de "esponjamiento de hilera", pero la expansión global del producto tras la extrusión es pequeña. El porcentaje de tal expansión es medido por el diámetro (o mayor dimensión de la sección transversal) del producto dividido por el diámetro (o mayor dimensión de la sección transversal) de la abertura de la hilera, multiplicada por 100. Los productos de la invención no tienen más de alrededor del 30% de expansión, más preferiblemente de hasta alrededor del 20% de expansión.

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(Ejemplo pasa a página siguiente)

5

En el ensayo #25 fue añadido aceite a los ingredientes en el preacondicionador, a un régimen de 48 kg/hora, que es aproximadamente el 4% en peso de aceite.

Los productos de pienso de salmón fueron muy ventajosos porque presentaban una estructura de celda muy fina que les permitía retener más grasa que los gránulos preparados convencionalmente. Los gránulos acuosos de la invención eran por tanto capaces de absorber al menos alrededor del 28% en peso de aceite, y más preferiblemente de alrededor del 32 al 40% en peso de aceite, que es deseable porque el contenido de grasa tiene una relación directa con la ganancia en peso del pez. Otro importante beneficio de la fina estructura de celdas radica en que los gránulos tienden a mantener grasa y resisten la infiltración de grasas. Los gránulos son también extremadamente duraderos, teniendo un PDI superior a 90. También es muy importante ya que son piensos acuáticos granulados que transporten aire para alimentar peces sobre áreas extensas. Esta manipulación tiende a romper los gránulos convencionales y los finos se pierden. Finalmente, los productos se hunden en agua que tiene un peso especifico mayor que 1, y tienen niveles de humedad muy baja como extruidos que varían de alrededor del 10 al 18% en peso w.b., y más preferiblemente de alrededor del 11 al 16% en peso w.b. Los niveles de humedad convencionales en los productos de este tipo son de alrededor del 18 al 24% en peso. El bajo nivel de humedad de los presentes productos reduce y en algunos casos puede incluso eliminar la necesidad de un equipo de secado posterior a la extrusión, reduciendo por tanto gastos de capital y tratamiento.

La tabla siguiente resume cierto equipo importante, tratamiento y parámetros de producto de con la presente invención, en la que los márgenes generales y preferidos son aproximados.

TABLA 7

6

Claims

1. Un método de extrusión que cuece un material comestible que comprende las operaciones de introducir dicho material comestible en la entrada (18) de un extrusor alargado que tiene un cuerpo tubular (16) equipado con una hilera (20) de extrusión más extrema y un montaje (22) de tornillo volado, axialmente giratorio interior en el cuerpo tubular (16), siendo el tiempo de residencia de dicho material en dicho cuerpo tubular (16) de extrusor de 2 a 15 segundos; caracterizado porque:

se hace girar dicho montaje (22) de tornillo a una velocidad de al menos 500 r.p.m para hacer avanzar dicho material desde dicha entrada (18) a lo largo de la longitud de dicho cuerpo tubular (16) y salir de dicha hilera (20) de extrusión para al menos cocer parcialmente dicho material comestible.

2. El método de la reivindicación 1, en el que el tiempo de residencia de dicho material en dicho cuerpo tubular de extrusor es de 2 a 9 segundos.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el tiempo de residencia de dicho material en dicho cuerpo tubular de extrusor es de 2 a 6 segundos.

4. El método de la reivindicación 1, en el que dicha velocidad de giro es de 600 a 1500 r.p.m.

5. El método de la reivindicación 1, en el que dicho extrusor tiene una relación L/D de hasta 6.