JPS61289869A - 食品の押出加工方法及びそれに使用される押出機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、食品の押出加工方法及びそれに使用される押
出機に関する。

（従来の技術） ペットフード、飼料及びスナック食品等の加工に使用さ
れる押出機は、プラスチックの成形又は混練等に使用さ
れている１軸又は２軸の押出機が流用されている。これ
は、材料を加熱しながら混練、剪断等の加工をして、溶
融材料をダイから定量ずつ押出すという機能が略同−で
あることによる。

ところで、食品材料は実質的に水分を含まないプラスチ
ック材料に比べて多水分含有物であり、含水量が高いた
めにその加熱にも大量の熱量を必要とする。しかしなが
ら従来のプラスチック押出機のほとんどは、急速高温大
容量加熱をすることが困難であり、昇温不足となり、押
出機内における材料の滞留時間を長くしたり、機械の加
工部長さを長くしたり、押出機自体の加熱温度を必要以
上に高くしなければならない。

このような問題点は、特開昭５９−−１８７８２９号公
報に開示されている技術を応用することにより、ある程
度解決できる。

即ち、溶融材料の押出機構と押出し材料を成形するダイ
との間に、ロータとその周囲のシリンダとそれらの少な
（とも一方を回転させる駆動手段とを有する剪断発熱部
を設け、押出機構から押出された材料に更に機械的剪断
を加えて、剪断エネルギで加熱する技術がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のプラスチック用押出機をベースと
した使用技術、条件の改良或いは部分的寸法変更のみで
は、高含水食品材料に流用しても、熱量不足を補い得す
、局部急速加熱が困難であり、加工中に変質したり、部
分的過熱による焼け、固化が発生し易い。また、前記改
良された従来技術をそのまま応用しても、あくまでプラ
スチック用であって、多種多様の食品材料に対応するこ
とは困難である。

更に、食品加工の特徴として、材料をダイから押出し、
好ましい形態、品質のものを成形するには、必要の最高
加工温度より低いその食品固有の温度に近すけておく必
要があり、前記従来技術の流用並びに改良従来技術では
食品材料で最適な加工温度及び押出成形温度にすること
は困難であった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来技術の問題点と食品加工とし
ての特性に鑑み、食品材料を昇温流動状態にした後、所
要加工温度まで急速加熱し、その後押出成形温度まで冷
却して、食品特有の加工をするようにしており、また、
剪断発熱部の外周に補助加熱手段を併設し、更に剪断発
熱部の効果増大の為にロータとシリンダを特殊構成とす
ると共に、剪断発熱部とダイとの間に冷却部を設けてい
る。

即ち、本発明方法における問題解決手段の具体的構成の
特徴とするところは、食品材料を加熱、混練しながら昇
温流動状態にする第１工程と、この昇温流動材料を剪断
しながら所要加工温度に急速加熱する第２工程と、この
高温材料を押出成形温度まで冷却してダイから押出す第
３工程とを有する点にあり、また本発明装置の特徴とす
るところは、　食品材料の押出機構と押出す材料を成形
するダイとの間に、ロータとその周囲のシリンダとそれ
らの少なくとも一方を回転させる駆動手段とを有して前
記押出機構から押出された材料に機械的剪断を加える剪
断発熱部を有する押出機であって、前記剪断発熱部のシ
リンダ外周に補助加熱手段を設け、且つロータとシリン
ダの少なくとも一方の作用部表面に剪断、攪拌、混練及
び伝熱の少なくともＩＩ！能を向上させる機能向上手段
を付与し、この剪断発熱部とダイとの間に押出し材料の
温度を降温調整する冷却部を設けた点にある。

（作　用） 押出機構４で加熱混練されて昇温流動状態になった食品
材料は剪断発熱部１２へ押出され、この剪断発熱部１２
でロータ１７とシリンダ１８との相対回転により剪断が
加えられ、その機械的剪断によるエネルギと、シリンダ
１日の外周に設けた補助加熱手段２６と、ロータ１７、
シリンダ１日の機能向上手段とによって、食品材料は高
温大熱量で急速加熱され、短時間且つ短距離で剪断発熱
部１２を通過し、次の冷却部１３でダイ８から押出すの
に最適な所要温度まで急速冷却される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１．２図において、１は食品加工用押出機で、バレル
２内に２軸スクリユ３（又は１軸スクリユでも良い。）
を配置した押出機構４の始端側にフィーダ５及びホッパ
６を配置し、その終端側に温度制御機構７及びダイ８が
配置されている。

押出機構４はその始端側から終端側へフィードゾーン、
混合・混練・クツキングゾーン及びクソキングゾーン等
が形成されており、バレル２及びスクリュ３の形状は、
公知の各種プラスチック用押出機と同様の形状を採用す
ることができる。９はバレル２を支持している押出機構
）１０．１０はバレル２外周のヒータを夫々示す。

温度制御機構７は押出機構４とダイ８との間に配置さた
剪断発熱部１２と冷却部１３とを有する。

剪断発熱部］２のブロック１４は断熱材１５を介してバ
レル２の終端に固定されており、その内部にバレル２内
と連通したＬ字状の流路１６が形成され、スクリュ３と
直交する方向の流路１６の部分にはロータ１７が内蔵さ
れ、且つこのロータ１７と僅少間隙δを介してその外周
にシリンダ１８が同心配置されいる。

前記ロータ１７は円筒形又は円柱形を基本形とし、で、
そのロータ軸１９はブロック１４に固定の軸受ブロック
２０に軸受２１を介して回転自在に支持されており、且
つカンブリング２２を介して駆動手段としてのモータ２
３の出力軸と連結されている。モータ２３は押出機架構
９等に固定されていて、ロータ１７を外部から可変速度
で回転駆動する。２４はシール部材である。

前記シリンダ１８はロータ１７と略同長の円筒体をブロ
ック１４に埋設して形成されており、ロータ１７との間
隙８に供給された食品材料にロータ１７との協働作用に
より機械的剪断を加え、その剪断により熱エネルギを発
生して材料を加熱する。このシリンダ１８はブロック１
４と一体成形することも可能であり、その内周面形状及
びロータ１７のり１周面形状は、材料をより効率良く急
速加熱できる形状、及び発熱に加えて混練、剪断、攪拌
のできる形状が適宜採用される。

第３〜１４図はロータ１７及びシリンダ１８の相対する
作用部表面に、剪断、攪拌、混練、伝熱等の諸機能の内
の少なくとも１機能を向上させるために設けられる機能
向上手段の５例を示してし、る。尚、各側において、シ
リンダ１８の長さｌはロータ１７の直径の１〜５倍、間
隙δはロータ１７直径の１／１５〜１１５００であるこ
とが好ましい。

第３．４図に示す第１例において、ロータ１７の外周面
には傾斜した多条溝４０が形成され、シリンダ１８内周
面にも軸線と平行又は傾斜した多条溝４１が形成されて
いる。また、シリンダ４１の内周面は平滑であってもよ
い。

第５，６図に示す第２例において、ロータ１７の外周面
には螺旋状の深ａ４２が形成され、山部４３には深溝４
２より浅い多条の傾斜溝４４が形成されている。シリン
ダ１８は溝付又は平滑である。

第７．８図に示す第３例において、ロータ１７には１本
の螺旋主フライト４５間に複数本の螺旋サブフライト４
６．４７が形成されており、両サブフライ）　４６．４
７は軸線がロータ１７の軸線に対して偏心し且つ互いに
位相がずれており、３本のフライト４５゜４６．４７内
には溝が形成され、各港の軸線がロータ１７の軸線に対
して偏心し且つ互いに゛位相がずれており、材料はシリ
ンダとのクリアランスが１周毎に波状に増減するサブフ
ライト４６．４７を乗り越えて全螺旋溝間を流動可能に
なっていると共に、溝の螺旋方向進行中に波状に圧縮、
開放が繰り返される。

第９〜１２図に示す第４例において、間隙δを大きく形
成し、ロータ１７には多数本のピン４８が植設され、シ
リンダ１８にはロータビン４８に接触しない位置に多数
本のピン４９が植設されており、両ピン４８．４９によ
って材料を混練可能になっている。ロータ１７上のピン
４８は軸方向に配列されているが、螺旋方向に配列して
も良く、また、大型装置の場合はシリンダ１８の径も大
きくなるので、後述する加熱ジャケット２６を第１１図
に示すようにシリンダビン４９間まで形成したり、又は
第１２図に示すようにシリンダビン４９内まで加熱ジャ
ケット２６を延設し、ビン４９内に熱媒体が入るように
構成しても良い。

第１３．１４図に示す第５例において、ロータ１７の外
周面とシリンダ１８の内周面とに略半球状の凹部５０．
５１と多数形成している。この第５例は、高い剪断作用
による発熱効果よりむしろ第４例と同じように、特に混
合作用と凹部５０．５１の加熱面積の増大による昇温効
果の向上を主として狙ったものであり、第４例で示した
ピンによるものよりは、剪断発熱も与えられ且つ剪断力
がかかっても問題ない材料に向いている。

尚、前記剪断発熱部１２はシリンダ１８をブロック１４
と別個に形成する場合、このシリンダ１４を外部駆動手
段で変速自在に回転させ、ロータ１７を固定するか又は
シリンダ１４と逆方向に回転させても良く、少なくとも
一方が回転すれば良い。

ブロック１４内のシリンダ１８外周には加熱ジャケット
２６が形成され、熱媒油、温水、水蒸気等の熱媒体の供
給源と接続されており、またブロック１４の外部にはシ
リンダ１８に略対応してヒータ２７が設けられている。

前記シリンダ１８はこれら加熱ジャケット２６及びヒー
タ２７（補助加熱手段）を単独又は併用して外部加熱さ
れる。

温度制御機構７の冷却部１３は、ブロック１４の出口側
に断熱材２８を介して冷却ブロック２９を固定し、この
冷却ブロック２９内の流路３０に整流体３１を設けて構
成されている。前記冷却ブロック２９内には冷却ジャケ
ット３２が形成され、この冷却ジャケット３２には外部
から冷水又は温水等の冷却媒体が供給可能になっている
。また、冷却ブロック２９の外部にはヒータ３３が取付
けられており、このヒータ３３と冷却ジャケット３２と
で整流体３１の温度を制御し、流路３０内の押出し材料
を要所温度に調節する。

整流体３１は材料流動方向に多数本の孔を穿孔して細路
３４を形成しており、流路３０内を流動してくる材料を
直線状に整流する。この整流体３１は細路３４が材料と
接触するので、それ自体の温度調整によって流路３１の
中心を流れる材料まで適切且つ迅速に温度を調節、主に
熱を吸収することによる調整を行なう。

前記整流体３１は第１．１５図に示すような円柱体に軸
線と平行な多数本の孔３４を穿孔したものの他に、第１
６図に示すような多層円筒体、第１７．１８図に示すよ
うな両端が閉鎖された円筒に多数本のパイプ３５を貫通
固着したもの、又は第１９図に示すような孔３４間にヒ
ータ３６を埋設したもの等、各種形状のものが使用でき
、冷却ブロック２９と一体成形することも可能である。

３７は冷却ブロック２９にダイ８を取付けているアダプ
タで、整流体３１通過後の材料を中央に集めてダイ８に
案内している。

尚、食品材料によっては高温のまま押出しても良いもの
、また高温のまま押出して後処理をするものがあり、そ
のような場合は、ブロック１４にダイ８及びアダプタ３
７を直接取付ければ良い。

次に前述した押出機１による食品の加工押出方法を説明
する。

畜肉、魚肉、穀類、カレー、香辛料又はチョコレート等
の各種食品材料を単独又は適宜組合せたものをホッパ６
から投入し、フィーダ５から押出機構４内に供給する。

押出機構４内では回転するスクリュ３とバレル２との協
働作用及び外部ヒータ１０の加熱によって、材料は破砕
、混合、混練、剪断及び加圧されて昇温流動状態になり
、スクリュ３の押動作用によって温度制御機構７の剪断
発熱部１２へ供給される（第１工程）。

流路１６内に入った材料は、ロータ１７とシリンダ１８
との間隙δに入り、両者の相対回転によって剪新作用に
よって発熱し、また加熱ジャケット２６及び／又はヒー
タ２７からの熱を受けて、反応・加工に必要な温度まで
急速に昇温し、単位面積当りの流速も増加される。この
際、材料はロータ１７とシリンダ１８とで直線円筒状に
形成された間隙δを通るので整流作用を受け、またロー
タ１７とシリンダ１８の作用部表面の機能向上手段によ
って剪断、攪拌、混練、伝熱等の機能の向上作用も受け
る（第２工程）。

剪断発熱部１２で加工温度まで昇温された材料は、シリ
ンダ１８から押出されて冷却部１３に入り、この冷却部
１３で整流体３１の整流作用を受けながら、冷却ジャケ
ット３２によって熱が吸収され、成形温度まで降温冷却
され、その後、材料は整流均一化された状態でダイ８か
ら押出される（第３工程）。

前記温度制御機構７は加工する食品材料の種類及び特性
に応じて、加熱ジャケット２６及び冷却ジャケット３２
の水温、ヒータ２７，３３の温度およびロータ１７（又
はシリンダ１８）の回転速度等を制御する。

（発明の効果） 以上詳述した本発明方法によれば、昇温流動材料を剪断
しながら所要加工温度まで急速加熱した後押出成形温度
まで冷却するので、多水分含有物としての食品に対して
、最適な加工温度及び押出成形温で加工することができ
、形状、品質等が良好な加工食品が得られる。

また、本発明装置によれば、押出機構の前方の剪断発熱
部のシリンダ外周に補助加熱手段を設けているので、剪
断発熱部の機械的剪断による発熱に加えて補助加熱手段
による加熱が行われるので、高温大熱量で局部的に急速
加熱が可能となり、加工中の変質、部分的過熱による焼
は及び同化等の発生を防止でき、しかもロータとシリン
ダの少なくとも一方の作用部表面に機能向上手段を付与
して、剪断、攪拌、混練及び伝熱の少なくとも１機能を
向上させるようにしているので、剪断発熱部　　　゛に
おける材料加工機能がより向上され、また、食品材料を
高温のまま押出すのではなく、ダイの手前に冷却部を設
けて押出し材料の温度を所要温度まで下げることができ
、成形後の形状、品質及び安定性を良好にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の実施例を示しており、第１図は要
部の拡大断面図、第２図は押出機全体の一部断面説明図
、第３〜１４図は剪断発熱部のロータとシリンダの５例
を示しており、第３図は第１例の断面側面図、第４図は
第３図のＡ−Ａ線断面図、第５図は第２例の断面側面図
、第６図は第５図のＢ−Ｂ線断面図、第７図は第３例の
断面側面図、第８図は第３例のロータの拡大断面図、第
９図は第４例の断面側面図、第１０図は第９図のＣ−Ｃ
線断面図、第ＬＬ１２図は第４例のシリンダの変形例を
示す夫々拡大断面図、第１３図は第５例の断面側面図、
第１４図は第１３図のＤ　−Ｄ線断面図、第１５〜１９
図は冷却部の整流体の４例を示しており、第１５図は第
１例の横断面図、第１６図は第２例の横断面図、第１７
．１８図は第３例の夫々断面側面図と横断面図、第１９
図は第４例の断面側面図である。 １−押出機、４−押出機構、７一温度制御機構、８−ダ
イ、１２−剪断発熱部、１３−冷却部、１４−ブロック
、１７−　ロータ、１８−　シリンダ、２３−　モータ
、２６−加熱ジャケット、２９−冷却ブロック、３２−
冷却ジャケット、δ−間隙。 特許出願人　食品産業エクストルージョンクツキング技
術研究組合

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、食品材料を加熱、混練しながら昇温流動状態にする
   第１工程と、この昇温流動材料を剪断しながら所要加工
   温度に急速加熱する第２工程と、この高温材料を押出成
   形温度まで冷却してダイから押出す第３工程とを有する
   ことを特徴とする食品の押出加工方法。 ２、食品材料の押出機構と押出す材料を成形するダイと
   の間に、ロータとその周囲のシリンダとそれらの少なく
   とも一方を回転させる駆動手段とを有して前記押出機構
   から押出された材料に機械的剪断を加える剪断発熱部を
   有する押出機であって、 前記剪断発熱部のシリンダ外周に補助加熱手段を設け、
   且つロータとシリンダの少なくとも一方の作用部表面に
   剪断、攪拌、混練及び伝熱の少なくとも１機能を向上さ
   せる機能向上手段を付与し、この剪断発熱部とダイとの
   間に押出し材料の温度を降温調整する冷却部を設けたこ
   とを特徴とする食品加工用押出機。