JP2005075004A - 押出機用の流動分配装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一つ以上の押出スクリュウ−を持つ押出機から、高水分タンパク質食品を多流路冷却ダイの入口へ移送するために用いる、押出機出口に設置される流動分配装置を提供する。
【解決手段】食品押出機の出口から冷却ダイの入口までの押出物の任意の所定分が通過するための流路を画成する内部押出物通路を持ち、該通路を通る押出物流路の長さの、個々の押出機スクリュウの任意のものの外径の長さに対する比が約０．７５：１より大きい流動分配装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却ダイおよび組織模様付きタンパク質食品の製造における食品押出機に関するその使用、並びに流れを食品押出機の出口から多流路冷却ダイの入口へ導くのに用いられる流動分配装置に関する。本発明は、特に、その冷却ダイの動作効率を改善するように設計され、冷却ダイの各流路に押出物の流れを均一に分配するのを促進させるように機能する装置に関する。

商業的食品製造の分野において、特に、商業的ペットフード製造の分野において、食品が、脂肪のない肉に関連する高い原料費を負わずに、本物の「肉のような」外観を確実に持たせるために、食品基質中に含ませる低コスト肉類似物を製造することがしばしば望ましい。そのような肉類似物を製造するための特に効果的なプロセスが、エッフェム・フーズ社(Effem Foods Pty Ltd.)による特許文献１に開示されている。そこに記載されているプロセスは、高水分のタンパク質ベースの押出物を徐々に固化し、それによって、「繊維質」内部組織を形成するために冷却ダイを使用することを含む。

もちろん、高水分押出用途における冷却ダイの商業的使用に対する制限は、そのような冷却ダイは、商業的に実施できる食品を製造するときに要求される多い押出物流量、例えば、押出ユニット当たり毎時２００ｋｇを超える食品の流量に対処できる傾向にはないということであった。

したがって、この問題を克服するために、押出物冷却ダイの全体の効率を改善することが必要になった。そのような改良設計の一つがエッフェム・フーズ社による特許文献２に開示されている。この文献には、組織模様付きの高水分押出物を、押出ユニット当たり毎時１トン辺りの全体の質量流量で製造できる多流路冷却ダイが開示されている。

しかしながら、押出機から吐出される一つの生成物流が、冷却ダイに進入する際に、多数の個別の流れに分割される多流路冷却ダイに一つの潜在的な問題が生じる。各押出物冷却流路内で達成できる製品の品質は、大部分、各個別の流路間とその内部の流量が比較的均一に分布していることを確実にすることに依存する。特許文献２により製造した多流路ダイの動作において、冷却ダイの各個別の流路を通過する押出物の流量の変動は、特に、高流量動作の最中に激しくなる傾向にあるようであることが分かっている。

特許文献２には、流路における均一な流動分布が重要である場合、ある形態の流動制限装置を押出機の出口と冷却ダイの入口との間に配置することが有益であるかもしれないことが示唆されている。この意図は、この移行中に圧力降下を生じさせることである。それゆえ、圧力制限装置が、冷却ダイの流路と正確に位置合せされ、各流路で流れに等しい制限を与える流路を特徴とする場合、流動制限装置の各流路を通過する押出物の流れは、実質的に同一になり、それによって、冷却ダイの各流路内の流れが比較的均一になることを促進させる。

しかしながら、そのようなシステムに関する欠点は、ある商業用ペットフード製品の製造に必要とされる種類の押出物材料は、押出機から吐出されると固化し始める傾向にあることである。目的とする内部構造を形成するために、この固化プロセス中では層状の一方向流が望ましいので、そのようなある程度固化した材料を流動制限すると、既に形成された構造が分裂され、押出物のまだ液状の成分に乱流が導入される傾向にある。これにより、既に形成された構造が破壊されてしまい、これは、所望の層状内部組織を得るために、再度形成しなければならない。

この問題に対する明白な解決策は、押出機から吐出される押出物の温度が、押出物が制限装置を通過し、冷却ダイの本体内部で比較的層状の流れに落ち着くまで、部分固化を始めないように十分に高レベル、例えば、１８０℃にあることを確実にすることである。しかしながら、もちろん、冷却ダイに著しく高い温度の供給原料を与えると、冷却ダイに要求される冷却負荷が著しく増すという点で、そのような解決策は比較的限られた実際的な利点のものである。このことは転じて、許容できる品質の製品を提供するが、冷却ダイにより処理される最大流量を減少させることになり、これにより、効率の増加した冷却ダイを提供するという目的が達成できない傾向にある。

さらに、押出加工に厳密に必要とされるよりも高い温度に押出物を加熱すると、製品が局部的に燃焼する傾向にある。
国際公開第００／６９２７６号パンフレット 国際公開第０１／４９４７４号パンフレット

それゆえ、本発明の目的は、押出機および冷却ダイシステムにより材料の製造効率の改善を支援する改良押出物流路を食品押出機と多流路冷却ダイとの間に与える装置または構成を提供することにある。本発明のさらに別の目的は、冷却ダイ流路の全てにおいて均一な流動分布を促進することを支援する改良押出物流路を提供することにある。

本発明のある態様によれば、一つ以上の押出スクリューを持つ押出機から、多流路冷却ダイの入口に高水分食品押出物材料を移送するのに使用するための押出機出口にある流動分配装置であって、押出機の出口から冷却ダイの入口まで押出物の任意の所定分が通過するための流路を画成する内部押出物通路を持ち、この通路を通る押出物流路の長さの、個々の押出機スクリューの任意のものの外径の長さに対する比が、約０．７５：１以上である装置が提供される。この比が、約１．２：１より大きいことが好ましく、約１．７：１より大きいことがさらにより好ましい。

本発明により与えられる重大な利点は、押出機と冷却ダイとの間の通路の増大した長さと容積により、事前固化を経るかもしれない押出物が、実質的に一方向性の層状流れを維持できることである。押出物内で形成されるであろう所望の構造は、背景技術での議論で概説したように、押出機を非効率的に高い温度で動作させることを必要とするであろう破壊的な乱流にさらされない。

例えば、所定の押出物配合物について、従来技術のシステムが用いられた場合、押出物の温度を１６０℃から１００℃未満まで減少させる、すなわち、６０℃より大きい減温を行うのに冷却ダイが必要であろう。しかしながら、本発明を用いれば、例えば、押出機と多流路冷却ダイとの間に取り付けられた流動分配装置により、押出機の出口での押出物の温度は１２０℃であってよい。それゆえ、冷却ダイには、押出物の温度を約２０℃だけ減少させることしか要求されない。このことは、押出物全体の処理量を２００％効果的に増加させることができ、製品燃焼の発生率を減少させるのを支援する。

通路の内部輪郭が断面で実質的に卵形であることが好ましい。通路が、中間ネック部分での最大内寸が押出機の出口の最小寸法以下であるネック部を特徴とすることがさらにより好ましい。ネック部の特徴により得られる特定の利点は、押出物の任意の分の、ネック部から冷却ダイの任意の所定の押出物流路の入口点までの流路長さが実質的に同じであることが確実になることである。このことは転じて、非常に均一な、乱流ではない流れを促進する。

前記通路は中空連結片の内部輪郭により画成され、この連結片は、押出機の出口に連結するために適用される押出物の入口オリフィス、冷却ダイの入口に連結するために適用される押出物の出口オリフィス、およびそれらの間に配置された押出物移行部分を含む、特に都合の良い実施の形態が提供される。移行部分の内部縦断面輪郭は、二つの区域により特徴付けられている。第一の区域は、輪郭で、押出機の出口のおおよその寸法から、押出機の最小直径以下の最小直径を持つ円形または卵形のネック部までの滑らかな曲線移行を特徴とし、第二の区域は、輪郭で、円形ネック部から冷却ダイの入口のおおよその寸法まで滑らかな曲線拡大を特徴とする。内面の滑らかな曲率の特定の利点は、乱流が発生することがあり、製品の燃焼に至るかもしれない流れの「デッド・スポット」の発生率を減少させるのを支援することである。

この輪郭は、押出物の相対的な流量が、多流路冷却ダイの各流路に均一に分布し、流路内でも均一に分布することを確実にするのを支援する。ノーズ部材が、ネック部に向うように第二の区域の内部に、冷却ダイの入口の中心に配置され、ノーズ部材が、輪郭で、第二の区域の内面と略平行である外面を特徴とし、それによって、流動している押出物を、次第に広がる全体の直径を持つが、流路幅はほぼ一定である環状流路内で冷却ダイの個々の入口オリフィスに向けて流すものである特に好ましい実施の形態が提供される。この実施の形態はさらに、ネック部から任意の個々の冷却ダイ流路に流れる押出物のための効果的な流路長さがほぼ等しく、それらの流路全ての押出物の流れの均一な分布を大いに促進させるという目的に貢献する。

本発明の別の態様によれば、上述した流動分配装置の設備により製造された押出食品が提供される。

本発明のさらに別の実施の形態によれば、上述した流動分配装置を含む食品製造ラインが提供される。

ここで、特定の非限定的実施例により、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。

最初に図１を参照すると、曲線輪郭の内面により画成されている押出物通路１０、押出機連結フランジ１５および冷却ダイ連結フランジ２０からなる流動分配装置５が示されている。動作の際に、押出物４２が、押出機連結フランジ１５を介して装置５に入り、矢印２５の方向に装置５内を移動し、装置５から出て、冷却ダイ連結フランジ２０を介して冷却ダイ５０に入ることに留意されるであろう。図２を参照すると、同じ特徴が、装置５の反対の端部から示されている。

流動分配装置５は、実際の動作において、押出機の出口フランジ３０を介して、例えば、スイス国ウツウィル９２４０所在のビューラー社(Buehler AG)により販売されているタイプの二軸スクリュー搬送式食品押出機４５の出口に直接連結されている。この装置は、多流路冷却ダイ５０に同様に連結されており、その押出物流路４０は、冷却ダイ入口フランジ３５を介して、例えば、特許文献２に開示されているように、円の軸の周りに半径方向に配置されている。この取付けは図３に部分的に示されており、押出物流路４０の位置も示されている。

図４に示した断面図は、装置５の構造およびその必須の動作特徴、特に、内部幾何学形状を示している。おおよその直径Ｄの圧縮スクリュー３８を持つ二軸スクリュー式押出機、および多流路冷却ダイ５０に接続された装置５が示されている。押出物流路４０の位置が示されている。

特に、典型的な押出物流路の長さＬは、直径Ｄに対して、約１．７：１より大きいことに留意されるであろう。当業者、特に、押出物流体の流動に精通している当業者には、この流路の相対的な長さは、押出物の層状流れが装置５を通り、流路４０に入ることを促進するのを大いに支援することが分かるであろう。

装置５は、三つの主要区域により特徴付けられる。一つは、流動方向に全体の内径が減少し、装置５の内部輪郭を卵形（押出機の出口に一致する）から実質的に円形に徐々に変化させる流動制限区域５５であり、もう一つは、最小の全体の内径に達する実質的に円形輪郭のネック部６０であり、最後は、全体の内径が押出物の流動方向に増加する（累進的であるが急激ではない）拡大区域６５である。

押出機のスクリュー３８から吐出された押出物４２は、乱流になる傾向にある。ネック部６０は、この材料を圧縮し、そのようにすることによって、流れの相対的な乱流を減少させる傾向にある。さらに、卵形から円形への内部輪郭の変化により、ネック部６０と冷却ダイ５０との間の押出物４２の任意の要素の流路の長さがほぼ等しくなる傾向にあり、このことは、均一な層状流れを維持するのを支援し、冷却ダイ押出物流路４０の全てへの流れの均一な半径方向分布を確実にするのに役立つ。

ほぼ放物形の輪郭を持つノーズ部材７０は、装置５内部に配置され、装置５と中心線が合わせられている。この部材は、冷却ダイ５０の内面の中心に位置している。ノーズ部材７０の表面７５の全体の外径は、押出物の流動方向に増加する（累進的であるが急激ではない）。このノーズ部材７０の形状および位置決めの効果は、押出物４２が環状流路を流されることであり、この環状流路の全体の直径は、押出物の流動方向に増加するが、その環の幅は、押出区域６５の少なくとも相当な部分に亘り実質的に一定のままである。

この構成の実際的な効果は、環状流路を流動している押出物４２は、乱流ではなく、実質的に層状の流れをとるように大いに促進され、最終製品に所望の組織を形成するための付随する利点を持つことである。

さらに、装置５の出口での流路の最終的な環の幅は、装置５内で発生した層状流れが冷却ダイ５０内で実質的に維持されることを確実にするために、冷却ダイ５０内の押出物流路４０の高さとほぼ等しいことが好ましい。

本発明の必須の特徴は、多くの他の物理的構成により具体化してもよく、上述した実施例は単にそのような実施の形態の一つであることが当業者には明白であろう。

円形冷却ダイの入口に連結される端部から見た、本発明による流動分配装置の斜視図 二軸スクリュー式押出機の出口端部に連結される端部から見た、図１の流動分配装置の斜視図 適所に重ね合わされた冷却ダイの入口プレートを備えた、図１の流動分配装置の斜視図 二軸スクリュー式押出機および多流路冷却ダイに連結されている本発明による流動分配装置の断面図

符号の説明

５ 流動分配装置
１０ 押出物通路
１５ 押出機連結フランジ
２０ 冷却ダイ連結フランジ
４２ 押出物
５０ 冷却ダイ

Claims (12)

1. 一つ以上の押出スクリューを持つ押出機から、多流路冷却ダイの入口に高水分食品押出物材料を移送するのに使用するための押出機出口にある流動分配装置であって、前記押出機の出口から前記冷却ダイの入口まで押出物の任意の所定分が通過するための流路を画成する内部押出物通路を持ち、該通路を通る押出物流路の長さの、個々の押出機スクリューの任意のものの外径の長さに対する比が、約０．７５：１より大きいことを特徴とする装置。
2. 前記比が約１．２：１より大きいことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記比が約１．７：１より大きいことを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記通路の内部輪郭が断面で実質的に卵形であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の装置。
5. 前記通路が前記流路における中間くびれの特徴を持つことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の装置。
6. 前記くびれの最大内部寸法が前記押出機の出口の最小寸法以下であることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記通路が中空連結器の内部輪郭により画成され、該連結器が、前記押出機の出口に連結するために適合される押出物入口オリフィス、前記冷却ダイの入口に連結するための押出物出口オリフィス、およびそれらの間に配置された押出物移行部分を含むことを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 前記移行部分の内部縦断面輪郭が二つの区域により特徴付けられ、第一の区域が、輪郭で、前記押出機の出口のおおよその寸法から、該押出機の出口の最小直径以下の最小直径を持つ円形または卵形のくびれまでの滑らかな曲線移行を特徴とし、第二の区域が、輪郭で、前記円形または卵形のくびれから前記冷却ダイの入口に向かう滑らかな曲線移行を特徴とすることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. ノーズ部材が、前記くびれに向かうように前記第二の区域の内側で前記冷却ダイの入口に中心に配置され、該ノーズ部材が、輪郭で、前記第二の区域の内面と略平行な外面を特徴とし、それによって、流動している押出物を、徐々に拡大する全体の直径を持つが、流路幅が実質的に一定の環状流路内で個々の冷却ダイの入口オリフィスに向かって流すことを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 請求項１から９いずれか１項記載の押出機出口にある流動分配装置の設備により製造された押出食品。
11. 請求項１から９いずれか１項記載の押出機出口にある流動分配装置を含む、押出食品を製造するための製造ライン。
12. 図面を参照して、実質的にここに説明された、押出機から高水分食品押出材料の移送に使用するための押出機出口にある流動分配装置。

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