JPS6219074A - 食品材料の押出加工方法及びその装置 - 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、食品の押出加工における食品材料の押出加工
方法及びその装置に関する。

（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、材料を加熱しなから混練、剪断、加圧等の加工をし
て、溶融材料をグ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無水分のプラスチック材
料と違って、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し、かつ従来と違って
押出機を用いてより付加価値の高い新素材を加工するた
めには一層その加熱機能の向上が要求される。しかしな
がら従来のプラスチック押出機ではシリンダの外部にパ
ントヒータ又は誘導加熱コイルを設けたり、シリンダの
内部に熱媒ジャケットを形成して加熱しており、シリン
ダを熱伝導体としているため、局部をシャープに急速高
温加熱をすることが困難であり、昇温不足となり、押出
機内における加工時間及び距離を長くしなければならな
い。

このような問題点は、特開昭５９−１８７８３０号公報
に開示されているブラスチンク加工用の技術を応用する
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、複数本の材料通路を有する加熱体を設け、こ
の加熱体でその通路を通る材料を温度制御する技術があ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記改良された従来技術ではある程度の
急速加熱が可能であるが、加熱体はそれ自体が発熱する
ものではなく、加熱体を内部に収納する外殻ボディから
伝導熱を受ける間接加熱式であり、熱効率及び温度制御
精度を高めることは期待し難く、特に多孔体等の多流路
を有する加熱体の内部までの加熱、換言すると、細分化
された材料を直接加熱することは難しい。

また、食品加工の特徴として、溶融材料をグイから押出
す際には、加工に必要な最高温度より低いその食品固有
の温度に近づけて食品の賦形性と品質を保持、向−ヒさ
せる必要があり、前記改良従来技術では食品材料をそ内
部まで略均−で最適な加工温度及び押出し温度にするこ
とは困難であった。更に、各種従来技術ではスクリュに
よる混練中に高温加熱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、食品材料を押出機内で加工中に細分化
して、その細分化材料毎に発熱体で直接且つ急速に加熱
するようにしたものである。

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、食品加工用押出機内で食品材料を
、細分化し、その細分化材料毎に自己発熱体で直接加熱
する点にあり、また、本発明装置の特徴とするところは
、シリンダ内に挿通したスクリュを回転駆動して、食品
材料を加熱、混練して昇温流動状態にしながら押出す食
品材料の押出加工装置であって、スクリュの一部にネジ
山外径より小径のコア部を形成し、このコア部と対向す
るシリンダ内周にコア部に間隙を介して嵌合する自己発
熱体を設け、この発熱体に食品材料を細分化して通過さ
せる複数本の材料通路を形成した点にある。

（作　用） 温度調節手段を有するシリンダ２と回転駆動されるスク
リュ３とにより前処理された食品材料は、スクリュ３の
コア部１８でそれに対向した自己発熱体１７の複数本の
材料通路２１に細分化されながら流入し、その細分化材
料毎に発熱体１７から直接且つ均一に加熱を受け、高温
大熱量で食品固有の所要加工温度まで急速加熱された後
、スクリュ３のコア部１８より先端部分で更に必要な加
工が加えられる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１〜４図において、１は食品加工用押出機で、シリン
ダ２内にＩ軸又は２軸のスクリュ３を挿入配置して押出
機構４が形成され、その始端側にフィーダ５及びホッパ
６が配置され、その終端側にダイアが配置され、実施例
では押出機構４とダイアとの間に温度制御精度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Ａ
１混合・混練・クツキングゾーンＢ１高温加熱ゾーンＣ
及びクツキングゾーンＤ等が順次形成されており、前記
高温加熱ゾーンＣはクツキングゾーンＢ又はＤの一部と
して形成されている。

押出機構４のシリンダ２はその略全長に加熱手段として
のヒータ１０等が設けられ、押出機架構１１に支持され
ており、スクリュ３は駆動手段によって回転駆動可能と
なっており、スクリュ３の回転によって、ホッパ６から
投入された食品材料は、加熱・混練等の加工が行なわれ
て昇温流動状態となって終端側から押出される。

前記高温加熱ゾーンＣ以外のシリンダ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
状が採用されているが、高温加熱ゾーンＣでは、シリン
ダが隣接ゾーンＢ、Ｄのシリンダと分離可能なシリンダ
ブロック１２となっていて隣接シリンダと断熱材１３．
１４を介して連結されており、このシリンダブロック１
２はその内部に熱媒ジャケット１５が形成され、供給さ
れる熱媒体を介して温度調整可能となっており、その内
周には断熱材１６を所望により介して環状の発熱体１７
が嵌入され、また、スクリュ３にはコア部１８が形成さ
れている。

スクリュ３のコア部１８はネジ山（フライト）１９を削
除してネジ１旧９外径より小径にしたものであり、発熱
体１７は円筒形でその内周面はコア部１８と間隙ｔを有
して対面しており、その内径はスクリュのネジ山１９外
径より十分に小径となっている。

発熱体１７はコア部１８と実質的に同じ長さｌを持つが
、その両端は円錐穴状にテーパが付けられていて、食品
材料の流入、流出を円滑にするように形成されている。

スクリュ３のネジ山１９と発熱体】７とは軸方同視にお
いて、オーバラップしており、スクリュ３を接足構造に
するか、又は発熱体１７を２つ割り形状にするかして、
両者の組立てを可能としている。

前記発熱体１７は軸線と平行な多数本の材料通路２１が
形成されており、この材料通路２１を取巻くように抵抗
発熱線２２が埋設されている。第３図は１軸スクリユ用
の環状の発熱体、第４図は２軸スクリユ用の８の字状の
発熱体を夫々示しており、両側ともに抵抗発熱体２２は
材料通路２１の略半周を囲んでいるだけであるが、１周
囲んでも良く、また材料通路２１の本数及び配列形状に
応じて適宜取巻き状態を設定することができる。

前記材料通路２１はスクリュ３のネジ溝２３内に入って
押動されてくる材料を、その流動方向（軸方向）と交差
する方向に細分化するものであり、細分化された材料は
総て略同−条件で材料通路２１の周壁により直接加熱さ
れる。即ち、シリンダ２とスクリュ３との間を流動する
材料は、熱伝導体を介さずに自己発熱機能を有する発熱
体１７から直接的に且つ大伝熱面積をもってその内部ま
で略均−に加熱される。

前記発熱体１７は材料通路２１の通路壁面を含めてその
表面は全て電気絶縁性のセラミックスコーティング等で
電気絶縁されており、そのリード線２４は外部電源に接
続されている。発熱体１７は電流調整によって温度調整
が可能となっており、測温体を設けておくことにより、
フィードバック自動温度制御をすることも可能である。

前記発熱体１７は抵抗発熱線２２を有するものの他に、
半導性のセラミック抵抗発熱体も使用できる。

このセラミック抵抗発熱体は所望のある温度で比抵抗が
急激に上昇する、いわゆるＰＴＣ特性を有するもの、例
えば強誘電性チタン酸バリウム（ＢａＴｉ０３）が適用
され、上記と同様に表面は電気絶縁性セラミックコーチ
ングされる。尚、抵抗発熱線２２を埋込む場合でも、発
熱体１７の基材にセラミックスを用いると、材料通路２
１の形成が容易であり、絶縁性、耐食性、表面硬度及び
耐熱性等が食品加工用として最適であり、加工中の偏荷
重によってコア部１８と接触しても摩耗が軽減される。

材料通路２１の断面形状は円形に限らず、第５図に示す
ような、円筒体内に同心の肩壁を多層に形成し、各層間
にその隙間を保持するスパイダを１本以上適所に一体成
形して各肩壁を連結したもの、又は、第６図に示すよう
な、円柱体に断面角形（四角形又は六角形）の孔を格子
状に配列形成したものでも良く、特にこれらの形状を採
用する場合は、発熱体１７をセラミック抵抗発熱体で形
成すれば、通路２１の形成が容易になる。

スクリュ３のコア部１８は円滑面に限らず、第７図に示
すように、前後部が逆螺旋のラビリンススクリュ２５を
形成して、間隙ｔへの材料の侵入を積極的に排除するよ
うにしても良い。

前者の場合コア部１８と発熱体１７間の間隙を内の材料
自身の圧力によるセンタリング効果と流体軸受作用によ
って、又後者の場合は耐摩性セラミック発熱体の軸受機
能によって加工中の偏荷重によるスクリュ３の曲り等に
よるスクリュネジ山１９とシリンダ内周面のメタルコン
タクトからくる両者の摩耗の軽減に役立つ。

尚、本考案の別実施例として、自己発熱体１７゜をシリ
ンダ２側に固定する代わりに、第９図に示す様に、スク
リュコア側に設けて、加熱用リード線３１をスクリュ軸
心の孔３２を通してスクリュ軸端側から外部へスリップ
リングを介して取出すことも可能である。スクリュ３゛
は軸に筒形スクリュと加熱体１７゛　とをキー３３で、
固定して形成されている。

温度制御機構８は加熱体及び／又は冷却体で成る熱交換
体２６を有しており、ブロック２７内に形成された熱媒
ジャケット２８には外部から熱媒油、温水又は冷水等の
熱媒液が供給可能であり、ブロック２７の外周にはバン
ドヒータ２９が設けられている。

押出機構４から押出される高温材料の後処理としては、
そのままダイアから押出す場合と、更に温度制御して押
出す場合とがあり、そのまま押出す場合はシリンダ２の
先端にダイアを直接取付ける。温度制御する場合は、前
記発熱体１７と同様に形成された熱交換体２６を設けて
、食品材料をより高温で且つ最適な温度にしたたり、発
熱体の代わりに又はその先端側に冷却体を設けてダイア
で成形するのに最適な温度まで降温させたりする。前記
加熱体及び冷却体等の熱交換体２６は断面全域に材料通
路を有し、材料との熱交換が効果的に行なわれ、且つ材
料の整流作用もする。

次に、前述した押出機による食品加工方法について説明
する。

畜肉、魚肉、穀類、その他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がら投入し、フィーダ５から
押出機構４内に供給する。

押出機構４内ではシリンダ２と回転駆動されるスクリュ
３との協働作用及び外部ヒータ１０の加熱によって、混
合、混練、剪断及び加熱等の加工作用によって、食品材
料は昇温流動状態（溶融状Ｂ）になりながら、混合、混
練、クツキングゾーンＢから高温加熱ゾーンＣへ押動さ
れていく。

高温加熱ゾーンＣ内へ入った材料は発熱体１７の多数の
材料１ｍ路２１に分散され、細分化された材料は発熱体
１７の通路壁を通して直接的且つ均一的に熱を受けて、
反応・加工に必要な温度まで急速に昇温し、クツキング
ゾーンＤへ供給される。

クツキングゾーンＤへ送られた高温材料は、再びシリン
ダ２とスクリュ３との協働作用によって、必要な加工作
用が加えられ、また外部ヒータ１０によって温度調整も
行なわれ、食品固有の加工状態に完成されてそのままダ
イアから押出されるか又は加熱及び／又は冷却されてか
ら押出される。

（発明の効果） 以上詳述した本発明方法によれば、押出機内で食品材料
を細分化して、その細分化材料毎に自己発熱機能を有す
る発熱体で直接加熱するので、材料を所要加工温度まで
急速加熱することができ、しかも材料の内部まで略均−
な加熱が可能となり、多水分含有物としての食品に対し
て最適な加工温度で加工することができると共に食品の
賦形性と品質を保持・向上させることができる。

また、本発明装置によれば、スクリュによる混線継続中
に材料を細分化して、その細分化材料毎に発熱体で直接
且つ急速に加熱でき、機械的剪断による加熱が不都合な
材料にも使用でき、しがも材料を所要の高温にした状態
でスクリュによる必要な加工作用を行なうことができ、
加工効率を向上させることが可能になる。また、スクリ
ュの中途部にコア部を設け、これに適切な間隙を介して
発熱体を嵌合しているので、スクリュの軸受効果を生じ
、偏荷重によるスクリュの曲り及びシリンダとの接触が
減少される。

【図面の簡単な説明】

第１〜４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図は１軸スクリュ用発熱体の側面図、第４図は２
軸スクリユ用の発熱体の側面図、第５．６図は発熱体の
材料通路形状の２変形例を示す夫々側面図、第７図はス
クリュコア部の変形例を示す拡大断面図、第８図は温度
制御機構の拡大断面図、第９図は本発明の別実施例を示
す要部の断面図である。 １−押出機、２−・シリンダ、３−スクリュ、４−押出
機構、７−グイ、１２−　シリンダブロック、１７−発
熱体、１８−コア部、１９−ネジ＋Ｉト２ｔ−材料通路
、２２−抵抗発熱線。 手続補　１書（自発） 昭和６０年９月１７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、食品加工用押出機内で食品材料を細分化し、その細
   分化材料毎に自己発熱体で直接加熱することを特徴とす
   る食品材料の押出加工方法。 ２、加熱手段を有するシリンダ内に挿通したスクリュを
   回転駆動して、食品材料を加熱、混練して昇温流動状態
   にしながら押出す食品材料の押出加工装置であって、ス
   クリュの一部にネジ山外径より小径のコア部を形成し、
   このコア部と対向するシリンダ内周にコア部に間隙を介
   して嵌合する自己発熱体を設け、この発熱体に食品材料
   を細分化して通過させる複数本の材料通路を形成したこ
   とを特徴とする食品材料の押出加工装置。 ３、自己発熱体として抵抗発熱線を埋込んだセラミック
   を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の食品材料の押出加工装置。 ４、自己発熱体として半導性のセラミックス抵抗発熱体
   を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の食品材料の押出加工装置。