KR100287263B1 - 짧은 길이의 테이퍼진 압출 조리장치 - Google Patents

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Abstract

개선된 짧은 길이의 압출 조리장치(10)는 종래의 긴 통의 압출기의 제품 생산성과 품질특성을 달성할 수 있다. 본 발명의 짧은 길이의 압출기(10)는 입구(18)와 말단의 압출다이(20)를 구비하는 비교적 짧은 통(14)을 포함한다. 길고 축방향으로 회전가능한 헬리컬 활주 스크류 조립체(22)는 통(14)의 내부에 위치되며 적어도 약 500rpm의 속도로 조립체(22)를 회전시키기 위한 모티브수단(39, 39a)에 결합된다. 이 장치(10)는 처리될 재료에 대한 중간통 쵸크의 지점을 한정하는 내부의 개구된 흐름제한 장치(60, 102)를 포함할 수 있다. 다른 압출기(120)는 중간통 제한부 없이 구성되고 압출다이에 인접한 최종헤드(134)에서 발생하는 상당한 압력과 함께 통(122)의 길이의 대부분을 통과하는 내부의 대기압에서 동작하도록 설계된다. 통(14, 122)은 최대 직경에 대한 유효길이의 비(L/D)가 적어도 약 6인 절두원추체 형상의 내부 구멍을 갖는다. 신규의 압출공정과 제품은 또한 극단적으로 짧은 압출통 유지시간을 사용하여 아미노산이나 비타민 영양소의 손실이 없는 조리된 압출물 및/또는 고밀도의 고도로 조리된 저수분의 식품을 제공할 수 있다. 중간통 제한부(252∼256)를 구비하거나 구비하지 않는 트윈 스크류 압출기(232, 232a)가 또한 제공될 수 있으며, 이것은 내부가 테이퍼진 통(237)과 그에 대응하여 테이퍼진 축방향으로 회전가능한 활주 스크류(238, 240)를 구비한다.

Description

짧은 길이의 테이퍼진 압출 조리장치
관련출원
본 출원은 1996년 7월 18일 출원된 제08/685,893호, 1996년 11월 4일 출원된 제08/743,561호, 1997년 5월 1일 출원된 제08/848,817호의 일부 계속출원이다.
압출 조리장치는 사람과 동물의 음식물과 같은 다양한 음식물 등의 제품을 제조하는데 오랫동안 사용되어 왔다. 일반적으로 말해서 이러한 종류의 압출기는 내부에 헬리컬 활주하는 축방향으로 회전가능한 하나 이상의 내부 압출 스크류와 함께 긴 통을 포함한다. 압출기 통의 출구는 개구된 압출다이를 구비한다. 사용시 처리될 재료는 압출기 통을 통과한 후, 온도, 압력 및 전단력의 레벨이 증가되는 상태에 놓여진다. 재료가 압출기 다이로부터 빠져나올 때 이 재료는 완전히 조리되어 형상이 완성되며, 회전하는 칼 조립체를 사용함으로써 통상적으로 잘게 분할할 수 있다. 이러한 종류의 종래의 압출기는 미국특허 제4,763,569호, 제4,118,164호 및 제3,117,006호에 개시(開示)되어 있다.
가장 최근의 압출 조리기는 일련의 상호접속된 관형 통의 헤드나 섹션화되어 동력전달의 회전축에 장착되는 내부의 활주 스크류를 구비하는 부분으로 구성된다. 원하는 레벨의 조리를 달성하기 위해서는 비교적 긴 통과 관련 스크류를 구비하는 것이 필수적일 것으로 여겨진다. 따라서 많은 고출력의 애완 동물용 식품기기는 5∼8개의 통부분을 가지며, 스크류 직경의 약 10∼20배의 길이를 갖는다. 상기한 긴 압출기는 고가이며 게다가 통 내부에 압출 스크류를 적당히 지지하는 것과 관련된 문제점을 갖고 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 비교적 짧은 압출기를 사용하려는 종래의 시도는 성공하지 못했으며 조리가 불충분해지거나 수율이 비교적 낮아진다는 문제점이 있었다.
최근 팰릿화된 식품의 제조에 압출장치를 사용하고자 하는 시도가 행해져 왔다. 압출상태는 제품을 효과적으로 소독할 수 있기 때문에 이와 같은 상황하에서는 압출이 바람직하다. 그러나 전통적인 압출방법에 의해 제조된 팰릿은 종종 너무 단단하기 때문에 물에 쉽게 용해되지 않았었다. 이러한 단단한 팰릿은 대부분 소화되지 않고 그대로 남아있는 팰릿으로서 단위동물(monogastric animal)의 위를 통과할 수 있다. 압출생산된 식품과 관련한 다른 문제점은 아미노산 및 비타민과 같은 영양소가 처리중에 실질적으로 감성(degradation)되어 열변성될 수 있다는 점이다. 반면 종래의 팰릿 제조기를 이용하여 제조된 제품은 비록 많은 바람직한 물리적 영양상의 특성을 가진다고 할지라도 불충분하게 열처리되어 조리되므로 유해한 박테리아가 팰릿화된 제품에 남을 수 있게 된다. 이러한 문제점에 대응하여 팰릿 제조기에 결합된 압출기(때로는 "팽창기"라고 함) 형태의 듀얼 컴포넌트 장치를 이용하는 것이 제안되었다. 따라서 출발물질이 압출기부 내에서 조리되면 궁극적으로는 부착된 팰릿 제조기 내에서 형성된다. 그러나 이 듀얼 컴포넌트 장치는 상대적으로 특히 동물용의 식품제조에 있어서 비교적 고가이다.
따라서 제품의 처리량과 품질의 관점에서 종래의 압출기와 필연적으로 동일한 개량된 저가의 짧은 길이의 압출기 장치에 대한 기술의 필요성이 있다. 또한 고도로 조리된 비감성 영양소를 함유하는 식품을 제조할 수 있고 팰릿 제조기를 이용하여 제조된 전통적인 식품과 유사한 바람직한 소화특성을 갖는 압출기 장치에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 설치 및 유지비를 줄일 수 있도록 압출기가 최소의 길이로 구성되는 개선된 압출 조리장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 압출기 통의 내부구멍이 테이퍼진 소위 절두원추체(frustoconical) 형상으로 구성되며 압출기 스크류가 대응하여 테이퍼진 장치에 관한 것이다. 팽창된 식품(expanded feed product)의 생산시에 압출기는 입구와 압출다이 중간에 재료의 흐름을 제한하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 고밀도의 완전히 조리된 낮은 수분함유의 소독된 식품이 요구되는 경우, 압출기는 중간 통의 흐름제한 없이 동작되며 압출기 다이에 바로 이웃한 통의 내부에 고압을 발생시키도록 동작된다. 본 발명에 따르는 압출장치는 고속으로 동작되며 훨씬 더 많은 기기의 처리량 및 제품의 품질을 필연적으로 조화시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 바람직한 짧은 길이의 압출기를 도시한 수직 단면도.
도 2 는 도 1의 2-2선을 따라 취한 것으로서 압출기의 중간통 다이 조립체를 도시한 단면도.
도 3 은 도 2와 유사한 단면도로서, 다른 중간통 다이의 디자인을 도시한 단면도.
도 4 는 도 1과 유사한 단면도로서, 저수분 함유의 고도로 조리된 높은 체적밀도의 동물용 식품의 생산에 특히 적합한 본 발명에 따르는 짧은 길이의 압출기를 도시한 단면도.
도 5 는 본 발명에 따르는 바람직한 짧은 길이의 압출기의 외부 형상을 도시한 측면도.
도 6 은 일련의 물흡수/팰릿분산 테스트의 데이터에 적용된 가장 적합한 대수곡선의 막대 그래프로서, 압출된 종래기술의 돼지용 식품이 58℉의 물에 침지되는 동안 초기의 분쇄 저항(crush resistance)과 1분 간격의 분쇄저항에 대하여 테스트된 그래프.
도 7 은 도 6과 유사한 막대 그래프이나 본 발명에 따라 제조된 돼지용 식품에 대하여 동일한 종류의 물흡수/팰릿분산 분쇄 저항 테스트 데이터를 나타낸 막대 그래프.
도 8 은 도 6 및 도 7과 유사한 막대 그래프이나 종래기술에 따라 제조된 돼지용 식품에 대하여 동일한 종류의 물흡수/팰릿분산 분쇄 저항 테스트 데이터를 나타낸 막대 그래프.
도 9 는 표준 팰릿 제조기를 이용하여 제조된 종래의 스와인(swine)용 식품팰릿의 구조를 나타낸 스캐닝 전자 마이크로그래프(SEM).
도 10은 도 9와 유사한 SEM이나 본 발명에 따른 스와인용 식품 팰릿의 구조를 나타낸 SEM.
도 11은 본 발명에 따른 짧은 길이의 트윈 스크류 압출기의 분해 상면도.
도 12는 본 발명에 따른 다른 짧은 길이의 트윈 스크류 압출기의 분해 상면도.
본 발명은 상술한 문제점을 해소하고, 종래의 디자인보다 길이가 사실상 짧은 압출기를 사용하여 상용으로 사용할 수 있는 우수한 제품을 생산하는 짧은 길이의 조리 압출기와 그 방법을 제공한다. 대체적으로 말하면 본 발명의 압출기는 입구와 출구를 가지며 긴 구멍을 한정하는 내면을 제공하는 보통의 관형 통을 포함한다. 압출기는 또한 그 구멍의 내부에 긴 헬리컬의 활주 스크류 조립체와, 스크류 조립체를 축방향으로 회전시키는 모티브 수단과, 통의 출구를 가로질러 배치된 개구된 압출다이를 포함한다. 본 발명의 압출 조리는 단일 스크류의 변형으로 구성되거나 또는 트윈 스크류(twin screw)를 가질 수도 있다.
그러나 본 발명의 목적을 달성하기 위해 압출기에는 많은 중요한 구조적 형상이 포함된다. 따라서 통의 내부 구멍은 입구에서부터 압출다이 사이의 통의 길이의 약 50％에 대하여 절두원추체인 것이 바람직하며, 구멍의 길이를 따라 점차 감소하는 단면적을 제공하고, 통의 구멍은 입구와 출구 사이의 통의 길이의 전체에 대하여 테이퍼진 절두원추체인 것이 바람직하다. 더욱이 바람직한 1 실시예의 압출기는 개구된 흐름제한 장치의 형태인 것이 바람직한 중간 통의 흐름제한을 한정하는 구조를 포함하며, 이것은 압출기가 동작하는 동안 중간통 다이에 재료의 초크영역을 발생시킨다. 스크류 조립체와 흐름제한은 본 실시예에서는 연동 설계되어 있으므로 흐름제한의 상류주변에 인접한 스크류 조립체의 회전에 대한 재료의 변위는 흐름제한의 하류주변에 인접한 회전에 대한 재료의 변위보다 작다.
고밀도의 고도로 조리된 팰릿화된 식품의 제조를 위해 특별히 설계된 다른 실시예에서는 중간통의 제한없이 압출기가 설계되나 압출기 다이에 바로 인접한 통에 고압상태를 발생시키도록 구성된다. 아무튼 실질적인 영양소의 감성없이 제품이 매우 신속하게 조리되고 형성된다. 또한 이러한 실시예를 이용하여 제조되는 고밀도 제품은 대단히 바람직한 흡수성과 소화성을 갖는다.
본 발명의 압출기 통들은 통상적으로는 그 길이를 따라 간격을 둔 헬리컬 리브부를 제공하도록 구성되며, 이들 리브는 짧은 길이의 압출기 통을 따라 주행하는 동안 재료의 혼합과 조리를 돕는다. 이 효과는 대응하는 스크류 조립체의 상대적으로 높은 고속도에 의해 증대되며, 사실상 이 스크류 조립체는 적어도 약 500rpm, 보다 바람직하게는 적어도 약 550rpm, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 약 600rpm의 속도로 회전한다. rpm의 가장 바람직한 범위는 약 600∼1500rpm이다.
본 발명의 짧은 길이의 압출기는 최대 직경에 대한 길이의 비(L/D비)의 값이 약 6 이하, 보다 바람직하게는 약 3∼6이다. 따라서 본 발명에 따른 장치는 종래의 조리 압출기에 비해 상당히 낮은 비용으로 제조될 수 있다. 더욱이 유지 및 부품 교체비용이 절감된다.
본 발명에 따르는 압출기와 압출방법은 식품의 제조, 특히 동물용의 식품에 적합하다. 이러한 제품은 통상의 애완동물용 식품과 같은 팽창된 종류 또는 보다 고밀도의 팰릿형 제품일 수 있다. 팽창식품 또는 고밀도 식품에 대한 출발물질은 통상 적어도 약 40중량％ 레벨의 높은 비율의 곡물(예를 들면, 옥수수, 밀, 콩, 마일로, 귀리)을 포함하며, 지방 및 다른 흔히 있는 원료를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르는 팽창제품은 통상 약 15∼25 파운드/ft3의 최종밀도(예를 들면, 건조후)를 가지는 반면, 보다 고밀도의 팰릿형 제품은 통상적으로 약 30∼50 파운드/ft3범위의 최종밀도를 갖는다. 그러므로 넓게는 본 발명의 제품은 약 15∼50 파운드/ft3범위의 최종밀도를 갖는다.
본 발명에 따라 제조된 제품은 필연적으로 아미노산 및/또는 비타민 함량의 손실이 거의 없음을 보여주고 있음을 또한 알 수 있다. 즉 출발 처방전(starting recipe)의 각각의 총 아미노산 및/또는 비타민 함량과 비교하여 단지 약 10％의 손실, 가장 바람직하게는 5%의 손실 미만일 뿐이다. 상이하게 언급되었지만 본 발명의 압출물은 그 내부에 존재하는 적어도 약 90%의 출발 총 아미노산 및/또는 비타민 함량을 가져야 하며, 보다 바람직하게는 적어도 약 95%를 가져야 한다. 총 아미노산은 출발성분에 존재하는 아미노산으로부터 아미노산 부가제의 함유물에 의해 유도된 것이다. 이러한 부가제는 유리 아미노산 또는 페닐알라민이나 또는 디-, 트리- 및 기타 폴리펩티드와 같은 복합체 부가제내의 잔기로서의 리신, 발린, 메티오닌, 아르기닌, 트레오닌, 트립토판, 히스타딘, 이소로이신을 포함한다. 비타민의 종류는 영양의 요구조건에 의해 결정될 것이며, 통상적으로 고유의 비타민 및/또는 비타민 A를 포함하는 다양한 비타민을 함유하는 비타민 프리믹스(premix)를 포함한다. 아미노산 및/또는 비타민 함유량을 유지하기 위한 능력은 종래의 처리에 비해 압출조리하는 동안 아미노산과 비타민의 감성이 고려될 수 있다는 점에서 분명히 이점이 있다.
도 1∼3의 실시예
이제 도면을 참조하면, 도 1에는 팽창 식품의 제조를 위해 디자인된 짧은 길이의 압출기 어셈블리(10)가 도시되어 있다. 대체로 말하면, 어셈블리(10)는 프리콘디셔너(preconditioner)(12)와 압출기(14)를 포함한다. 압출기(14)는 입구(18)와 말단의 개구된 압출다이(20)를 구비하는 긴 관형 통(16)을 포함한다. 통(16)의 내부에는 축방향으로 회전가능한 긴 스크류 조립체(22)가 그 길이를 따라 배치된다.
보다 상세하게는 프리콘디셔너(12)는 가루반죽과 같은 것을 압출기(14)의 입구(18)를 통과시키기 전에 건조한 원료에 초기에 수분을 주고 부분적으로 예비 조리하도록 설계되어 있다. 이러한 목적을 위해 프리콘디셔너(12)는 통상적으로 물 및/또는 스팀을 공급하기 위한 주입구뿐만 아니라 회전가능한 내부 패들을 갖춘 긴 챔버형태로 되어 있다. 본 발명에는 다양한 프리콘디셔너가 사용될 수 있다. 그러나 참고로 본 명세서에 포함된 미국특허 제4,752,139호에 기재된 형태의 Wenger DDC 프리콘디셔너가 사용되는 것이 바람직하다.
도시된 실시예에서, 통(16)은 3축 방향으로 정렬되어 상호 접속된 관형 헤드부, 즉 입구헤드(24)와 제 2 및 제 3 헤드(26, 28)로 구성되어 있다. 입구헤드(24)는 상향 개구된 압출기 입구(18)를 제공하도록 구성되며, 도시된 바와 같이 프리콘디셔너(12)의 출구 아래에 위치되어 있다. 또한 입구헤드(24)는 실 블록(seal block)(34)을 결합하기 위한 실(seal)(32)을 갖춘 개구된 단부벽(30)을 구비한다. 스크류 조립체(22)는 6변형의 구동축(36)에 장착되어 개략적으로 도시한 종래의 베어링 하우징(39) 및 전기모터(39a)에 의해 회전된다.
제 2 헤드(26)는 외부재킷(40)을 갖춘 외부 금속부(38)를 포함한다. 외부 재킷은 그 자신에 가열매체나 냉각매체(예컨대 냉각수나 스팀)가 도입되어 헤드에 대한 간접적인 온도제어가 가능해지도록 입구(42)와 출구(44)를 구비한다. 또한 외부 금속부(38)는 한 쌍의 관통공(46, 48)을 구비한다. 도시된 바와 같이 관통공(46)의 내부에는 분사니플(50)이 위치되어 있으나 관통공(48)의 내부에는 제거가능한 플러그(52)가 위치되어 있다.
전체의 제 2 헤드(26)는 외부 금속부(38)의 내면에 고착된 제거가능한 고정 금속 슬리브(54)를 포함한다. 슬리브(54)는 축방향으로 연장된 구멍(58)을 한정하는 헬리컬 리브부(57)를 제공하는 내면(56)을 구비한다. 도시된 바와 같이 슬리브(54)의 두께는 구멍(58)의 직경이 입구헤드(24)와 제 3 헤드(28) 사이에서 감소하도록 그 길이를 따라 증가한다. 슬리브(54)는 또한 상술한 통부분의 관통공(46, 48)과 정렬되어 통해 있는 관통공(59, 59a)을 갖는다. 입구 헤드(24)로부터 떨어져 있는 제 2 헤드(26)의 단부는 개구된 고정자(60)를 갖추고 있다(도 2 참조). 고정자(60)는 내부를 향해 연장되는 환형 세그먼트뿐 아니라 도시된 바와 같이 헤드들(26, 28) 사이에 샌드위치된 외장 플랜지(62)를 포함한다. 세그먼트(64)는 결국 스크류(68)에 의해 자신에 부착되는 최내부의 베어링 링(66)을 갖는다. 또한 세그먼트(64)는 6개의 원주상으로 간격을 둔 관통하는 원형구멍(70)의 시리즈를 구비한다. 도 3은 구멍(70) 대신에 원주상으로 간격을 둔 6개의 슬롯(70a)이 구비된 것을 제외하고는 도 2에 도시된 것과 동일한 다른 회전자/고정자 조립체를 나타낸 것이다.
제 3 헤드(28)는 여러 가지 면에서 제 2 헤드(26)와 유사한 것으로서, 외부 관형부(72)와 외장 재킷(74)을 포함하며, 외장 재킷(74)은 간접 냉각매체나 가열매체의 도입을 위한 입구(76)와 출구(78)를 구비한다. 더욱이, 외부 관형부(72)는 각각 니플(84)과 제거가능한 플러그(86)를 수용하는 관통공(80, 82)을 구비한다.
제거가능한 고정 금속 슬리브(88)는 외부 관형부(72)내에 위치되며 관통공(80, 82)과 일치하는 관통공(89, 89a)을 갖는다. 슬리브(88)의 내면(90)은 헬리컬 리브(89)를 제공하며, 축방향으로 연장되는 중앙 구멍(92)을 한정한다. 중앙 구멍(92)은 제 2 헤드(26)에 인접한 통부분(28)의 단부와 다이(20)에 근접한 제 3 헤드(28)의 단부와의 사이에서 유효직경이 감소한다.
통(16)은 말단의 다이(20)와 함께, 통부분(26)으로부터 떨어진 제 3 통부분(28)의 단부에 인접하여 위치된 짧은 환형 스페이서(94)를 구비함으로써 완성된다. 본 실시예에 도시된 말단의 다이(20)는 일련의 관통 다이구멍(96)을 갖는 단순한 금속판이다.
스크류 조립체(22)는 축(36)에 장착된 4개의 회전가능한 소자를 포함하며, 단부와 단부가 상호접속된 관계를 갖는다. 특히, 스크류 조립체(22)는 입구 스크류부(98), 제 1 스크류부(100), 베어링 회전자(102) 및 제 3 스크류부(104)를 구비한다.
제 2 스크류부(100)는 최외부의 일반적으로 원추면과 외부로 연장되는 헬리컬의 플라이팅(flighting)(108)을 제공하는 긴 중앙축(106)을 포함한다. 플라이팅(108)의 피치는 슬리브(54)의 표면(56)에 의해 한정되는 헬리컬 플라이팅(57)의 피치각도 미만인 피치각도로 정해진다는 점을 주목할 만 하다. 더욱이, 스크류부(100)의 전체적인 구성이 구멍(58)의 감소직경과 부합한다는 것, 즉 플라이팅(108)의 외주가 스크류부(100)의 입구단부로부터 회전자(102)에 인접한 출구단부를 향해 점차적으로 감소한다는 것을 알 수 있다.
회전자(102)는 축(36)에 장착되며, 고정자(60)의 환형 베어링 세그먼트(66)에 바로 근접한 단면이 약간 L 자형인 최외부의 환형 베어링(110)을 포함한다. 따라서 회전자(102)와 고정자(60)는 자신이 고속회전하는 동안 스크류 조립체(22)를 안정화시키는데 도움을 준다.
제 3 스크류부(104)는 스크류부(100)와 매우 흡사하다. 즉, 제 3 스크류부(104)는 최외부의 원추면을 제공하는 긴 중앙축(112)과 헬리컬 플라이팅(114)을 포함하며, 헬리컬 플라이팅(114)은 리브(89)의 피치각보다 작은 피치각으로 결정된다.
제 1 도를 다시 참조하면, 슬리브(54, 88)에 의해 한정된 전체 압출기 구멍은 입구(18)로부터 다이(20)까지 절두원추체 형상으로 되는 것을 알 수 있다. 즉, 통의 구멍은 그 길이를 따라 단면적이 감소한다. 통구멍의 최대직경(도 1에 치수 "D"로 도시됨)에 대한 입구(18)의 먼 쪽 단부로부터 통(16)의 단부까지의 압출기의 유효길이(도 1에 치수 "L"로 도시됨)의 비는 비교적 낮으며, 바람직하게는 약 6 이하, 보다 바람직하게는 L/D 비가 약 3∼6이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 "L/D비"는 도 1에 도시된 예시적인 길이 및 직경에 따라 측정된 비를 참조한다.
또한 고정자(60)와 회전자(102)는 통부분들(26, 28) 사이의 상호접속 영역에서 통의 길이를 개재하는 흐름제한 장치를 연동적으로 제공함을 알 수 있을 것이다. 이와 같이 전체 흐름제한 장치는 상류측 면(116)과, 반대 쪽의 하류측 면(118)을 제공한다. 스크류 조립체(22)와 흐름제한 장치(60, 102)는 상류측 면(116)에 인접한 스크류 조립체의 회전에 대한 재료의 변위가 하류측 면(118)에 인접한 스크류 조립체(22)의 회전에 대한 재료의 변위보다 작도록 연동하여 설계된다. 더욱이 스크류 조립체(22)와 흐름제한 장치(60, 102)는 압출기의 동작 동안 흐름제한 장치의 일부분을 형성하는 슬롯(70)이 재료로 가득하도록 연속적으로 유지할 수 있도록 설계된다. 보다 구체적으로 하류측 면(118)에 인접한 스크류 조립체(22)의 회전에 대한 재료의 변위는 상류측 면(118)에 인접한 스크류의 재료변위보다 많은 40% 이하이며, 특히, 면(118)에 인접한 변위는 면(116)에 인접한 변위보다 약 15∼40%의 비율만큼 초과한다. 또한 슬리브(88)내의 인접 리브(89) 사이의 하강부는 슬리브(54)내의 대응하는 하강부보다 크다. 결과적으로 흐름제한 장치(60, 120)에 인접한 하부의 통구멍 내부의 자유체적은 흐름제한 장치에 인접한 상류의 자유체적보다 크다. 정량적으로 말하면 면(118)의 영역에서 헤드(28) 내부의 자유체적은 면(26)의 영역에서의 헤드(26) 내부의 자유체적보다 큰 약 30%까지이다.
팽창 식품을 제공하도록 본 발명에 따르는 압출기를 이용하는 통상적인 동작에서는, 먼저 처리될 식용재료를 조성하고, 프리콘디션시킨 다음 짧은 길이의 압출기에 통과시킨다. 통상적으로 처리될 재료에 대한 출발성분은 아미노산 및/또는 비타민 영양제와 함께 단백질과 전분의 각각의 양을 포함한다. 총 아미노산 함량은 아미노산 그 자체 또는 아미노산 잔류물을 함유하는 폴리펩티드로서의 유리 아미노산 첨가제 뿐 아니라 고유 아미노산을 포함하며, 약 5중량% 이하의 함량을 갖고, 보다 바람직하게는 약 2중량% 이하의 함량을 갖는다. 총 비타민 함량은 출발성분에 고유하게 존재하는 것과 비타민 첨가제로부터 유도되며, 총 비타민 함량은 약 2중량% 이하의 범위를 갖는다. 단백질 함량은 통상적으로 약 12∼50중량%, 보다 바람직하게는 약 18∼32중량%이다. 전분함량은 약 8∼50중량%, 보다 바람직하게는 약 10∼30중량%이다. 당업자라면 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 단백질과 전분 함량은 통상적으로는 원하는 동물성 또는 식물성의 단백질 및 전분 함유 성분을 함유함으로써 준비된다. 보통의 전분함유 재료는 옥수수, 밀, 마일로, 쌀, 비트, 보리 및 그 혼합물과 같은 곡물이다. 단백질 함유 성분은 콩, 육류 및 어류를 포함한다.
바람직한 프리콘디셔너에서, 재료는 수분이 가해진 후 적어도 부분적으로 조리된다. 프리콘디셔닝은 통상적으로 프리콘디셔너를 통과하는 제품이 약 15∼40중량%, 보다 바람직하게는 약 22∼28중량%의 총수분 함량을 가지도록 처리된다. 프리콘디셔너에서의 체류시간은 보통 약 15∼150초, 보다 바람직하게는 90∼150초이고, 프리콘디셔너에서의 최고온도는 약 55∼212℉, 보다 바람직하게는 약 180∼200℉이다.
압출기를 통과하는 동안, 재료는 점점 증가하는 온도레벨에 놓여지고 잘게 잘린 후, 완전히 조리되어 압출기 다이로부터 배출된다. 압출기 통에서 재료가 체류하는 시간은 약 2∼40초, 보다 바람직하게는 약 2∼9초, 가장 바람직하게는 약 2∼6초이다. 압출기 통에서 달성되는 최대 압력 레벨은 통상적으로 약 150∼1000psi이며, 보다 바람직하게는 약 300∼500psi이다. 압출기통에서 달성되는 최대 온도 레벨은 약 220∼300℉, 보다 바람직하게는 약 230∼250℉ 이다.
압출처리중에, 흐름제한 장치(60, 102)의 개구는 흐름제한 장치의 구역에서 통내에 쵸크를 발생시키고 장치(60, 120)에 걸리는 압력차(즉, 압력은 상류측 면(116)의 압력이 하류측 면(118)의 압력에 비해 높음)를 발생시키도록 완전히 채워진다. 게다가 하류측 면(118)에 인접한 스크류 조립체(22)의 회전에 대한 변위가 상류측 면(116)에 근접한 것보다 크기 때문에 흐름제한 장치의 하류측의 자유체적은 재료로 완전히 막히지는 않는다. 다이(20)에 바로 인접한 구역에서 다른 재료의 쵸크가 형성되어 다이의 개구를 통과하는 제품의 원활한 압출을 보증해 준다.
도 4∼5의 실시예
도 4는 특히 고밀도 고온으로 조리된 식품의 제조를 위해 구성된 것을 제외하고는 도 1의 압출기와 여러 가지 점에서 유사한 짧은 길이의 압출기(120)의 단면도이다. 압출기(120)는 상술한 프리콘디셔너(12)와 동일한 것을 사용하도록 설계되었다.
압출기(120)는 입구(124)와 출구(126)를 구비하는 긴 관형 통(122)을 포함하며, 출구는 종래의 개구된 다이(도시생략)를 수용하도록 설계되어 있다. 길고 축방향으로 회전가능한 활주 스크류 조립체(128)는 그 길이를 따라 통(122)내에 배치된다.
통(122)은 3축 방향으로 정렬되어 상호 접속된 관형 헤드부, 즉 입구헤드(130)와 제 2 및 제 3 헤드(132, 134)로 구성되어 있다. 입구헤드(130)는 상향으로 개구된 압출기 입구(124)를 제공하도록 구성되며, 도 1에 도시된 바와 같이 프리콘디셔너(12)의 출구 아래에 위치되어 있다. 또한 입구헤드(130)는 실 블록(140)을 결합하기 위한 실(138)을 갖춘 개구된 단부벽(136)을 구비한다. 스크류 조립체(128)는 6변형의 구동축에 장착되어 압출기(14)의 방식으로 종래의 베어링 하우징 및 전기모터에 의해 회전된다.
제 2 헤드(132)는 외부재킷(144)을 갖춘 외부 금속부(142)를 포함한다. 외부재킷(144)은 그 자신에 가열매체나 냉각매체(예컨대 냉각수나 스팀)가 도입되어 헤드에 대한 간접적인 온도제어가 가능해지도록 입구(146)와 출구(148)를 구비한다. 또한 외부 금속부(142)는 한 쌍의 관통공(150, 152)을 구비한다. 도시된 바와 같이 관통공(150)의 내부에는 분사니플(154)이 위치되어 있으나 관통공(152)의 내부에는 제 2 니플(156)이 위치되어 있다.
전체헤드(132)는 외부 금속부(142)의 내면에 고착된 제거가능한 고정 금속 슬리브(158)를 포함한다. 슬리브(158)는 축방향으로 연장된 구멍(164)을 한정하는 헬리컬 리브부(162)를 제공하는 내면(160)을 구비한다. 도시된 바와 같이 슬리브(158)의 두께는 구멍(164)의 직경이 입구헤드(130)와 제 3 헤드(134) 사이에서 감소하도록 그 길이를 따라 증가한다. 슬리브(158)는 또한 상술한 통부분의 관통공(150, 152)과 정렬되어 통해 있는 관통공(166, 168)을 갖는다.
제 3 헤드(134)는 여러 가지 면에서 헤드(132)와 유사하며, 외부 관형부(170)와 외장 재킷(172)을 포함하며, 외장 재킷(172)은 간접 냉각매체나 가열매체의 도입을 위한 입구(174)와 출구(176)를 구비한다. 더욱이, 외부 관형부(170)는 각각 니플(184)과 압력 게이지(186, 188)를 수용하는 관통공(178, 180, 182)을 구비한다.
제거가능한 고정 금속 슬리브(190)는 외부 관형부(170)내에 위치결정되며 관통공(178∼182)과 일치하는 관통공(192, 194, 196)을 갖는다. 슬리브(190)의 내면(198)은 헬리컬 리브(200)를 제공하며, 축방향으로 연장되는 중앙 구멍(202)을 한정한다. 중앙 구멍(202)은 제 2 헤드(132)에 인접한 통부분(134)의 단부와 말단의 압출다이(도시생략)에 근접한 제 3 헤드(134)의 단부와의 사이에서 유효직경이 감소한다.
통(122)은 그 개방면을 횡단하는 다이의 설치에 의해 완성된다. 많은 예에서, 짧은 환형 스페이서(도시생략)가 말단의 다이와 함께 제 2 의 통부분(132)으로부터 떨어져 있는 제 3의 통부분(134)의 단부에 인접하여 배치될 수 있다.
스크류 조립체(128)는 6변형의 구동축에 장착된 4개의 회전가능한 소자를 포함하며, 단부와 단부가 상호접속된 관계를 갖는다. 특히, 스크류 조립체(128)는 제 1 입구 스크류부(204), 제 2 스크류부(206), 활주 천이부(208) 및 제 3 스크류부(210)를 구비한다.
제 2 스크류부(206)는 최외부의 일반적으로 절두원추체의 면과 외부로 연장되는 헬리컬의 플라이팅(214)을 제공하는 긴 중앙축(212)을 포함한다. 플라이팅(214)의 피치는 슬리브(158)의 표면(160)에 의해 한정되는 헬리컬 플라이팅(162)의 피치각도 미만인 피치각도로 결정된다는 점을 주목할만 하다. 더욱이, 스크류부(212)의 전체적인 구성이 직경이 감소하는 구멍(164)과 부합한다는 것을, 즉 플라이팅(214)의 외주가 스크류부(206)의 입구 단부로부터 천이부(208)에 인접한 출구단부를 향해 점차적으로 감소한다는 것을 알 수 있다.
천이부(208)는 도시된 바와 같이 헬리컬 플라이팅(214)과 일치하는 헬리컬 플라이팅(216)을 갖는 짧은 원통체이다.
제 3 스크류부(210)는 스크류부(206)와 매우 흡사하다. 즉, 제 3 스크류부(210)는 최외부의 절두원추체의 면을 제공하는 긴 중앙축(218)과 헬리컬 플라이팅(220)을 포함하며, 헬리컬 플라이팅(220)은 리브(200)의 피치각보다 작은 피치각으로 지향된다. 게다가 플라이팅(220)은 천이부(208)의 플라이팅(216)과 일치한다.
슬리브(54, 88)에 의해 한정된 전체 압출기 구멍은 입구(124)로부터 말단 다이까지 절두원추체의 형상으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 통의 구멍은 그 길이를 따라 단면적이 감소한다. 압출기(120)는 또한 상술한 압출기(14)와 동일한 L/D비를 갖는 것이 필수적이다.
도 5는 압출기(120)의 다른 외부 구성을 도시한 것이다. 즉, 도 5의 압출기(120a)는 압출기(120)와 동일한 내부 구성을 갖는다. 그러나 압출기 통(122a)의 제 2 및 제 3 헤드(132a, 134a)는 외부재킷을 갖추고 있지 않다. 게다가 헤드의 냉각은 헤드(132a, 134a)에 각각 구비되고 방사상으로 외부로 연장되어 원주상으로 간격을 둔 냉각휜(222, 224)에 의해 실행된다. 도 5의 실시예는 헤드(134a)의 출구단부 둘레에 배치된 원형의 스팀 다기관(manifold pipe)(226)과 함께 이 다기관과 결합되며 간격을 두고 분리되어 설치된 밸브가 달린 4개의 스팀 주입관 조립체(228)가 도시되어 있다. 각각의 스팀 주입관 조립체는 압출기(120a)의 내부로 스팀이 주입될 수 있도록 하기 위해 통부분(134a)의 벽과 통해 있다. 다기관(226)은 도시된 바와 같이 다공 보호부(perforate guard)(230)로 씌워져 있다.
도 4∼도 5의 장치를 이용하여 고도로 조리된 고밀도 식품의 제조는 팽창 식품의 제조를 참고하여 설명된 바와 같이 진행된다. 즉, 출발 조성물은 프리콘디션된 후, 압출기(120 또는 120a)로 공급되어 배출된다. 그러나 원하는 식품을 제조하기 위해서는 공정의 일부 변경이 필수적이며, 출발물질과 최종제품의 수분함량이 가장 중요하다.
예컨대 출발 조성물은 통상적으로 비교적 높은 곡물함량, 적어도 60중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 80중량%의 곡물함량을 갖는다. 곡물부는 전술한 곡물원(grain source)으로부터 유도될 수 있다. 출발 조성물을 위한 총단백질은 보통 약 12∼50중량%, 보다 바람직하게는 18∼32중량%의 범위를 갖지만, 전분함량은 약 8∼50중량%, 보다 바람직하게는 10∼30중량%의 범위를 갖는다. 단백질 및/또는 전분은 적절한 단백질 및 전분함유 재료에 의해 또는 원하는 단백질 및 전분의 직접적인 첨가에 의해 제공될 수 있다.
프리콘디셔닝하는 동안, 재료에는 최대 약 30중량%, 보다 일반적으로는 약 22중량% 이하의 수분이 가해진다. 프리콘디셔너에서의 온도조건은 약 135∼200℉, 보다 바람직하게는 약 150∼190℉의 범위를 갖는다. 프리콘디셔너에서의 체류시간은 일반적으로 팽창 식품의 제조공정에서 설명한 것과 동일하다.
압출기를 통과하는 동안 프리콘디셔닝된 재료는 가열 및 자르는 작업에 의해 적어도 부분적으로 조리된다. 압출기 통내에서 프리콘디셔닝된 재료의 체류시간은 상술한 바와 같이 약 2∼40초, 보다 바람직하게는 약 2∼15초이고, 그 보다 더 바람직하게는 약 2∼9초, 가장 바람직하게는 약 2∼6초이다. 압출기 통 내부의 최대 압력조건은 최종 압출다이의 바로 상류에서 측정되었으며 일반적으로 약 25∼400psi, 보다 바람직하게는 약 75∼250psi의 범위를 갖는다.
압출다이로부터 배출되는 고밀도 제품은 비교적 낮은 수분, 즉 약 20중량%이하, 바람직하게는 약 18중량% 이하, 가장 바람직하게는 약 14∼18중량%의 범위를 갖는다. 고온의 압출기 제품은 주변공기 속에서 냉각/건조될 수 있고, 약 10∼15중량%, 보다 바람직하게는 약 12중량%의 최종적으로 균형잡힌 수분을 갖게 된다.
도 11∼12의 실시예
짧은 길이의 트윈 스크류 압출기(232)가 도 11에 도시되어 있으며, 이 압출기(232)는 테이퍼지고 8자형인 내부의 개구를 제공하는 긴 통(237)을 연동하여 한정하는 한 쌍의 상호 접속된 관형 헤드부(234, 236)와, 테이퍼지고 길며 축방향으로 회전(동시회전 또는 역회전) 가능한 한 쌍의 내부 활주 스크류(238, 240)와, 전방으로 개구된 다이 플레이트(242)를 포함한다.
헤드(234)는 일체형의 주물구성이며, 통의 내부를 향하여 입구개구(244)를 제공하도록 구성된 상부와 함께 섹션화될 수도 있다. 출구헤드(236)는 열매체나 냉각매체를 위한 내부 통로(246)를 포함한다. 도시된 바와 같이 고정자(248)는 헤드부들(234, 236) 사이에 샌드위치되며 내부로 연장되는 외접 리브(250)를 제공한다.
스크류(238, 240)의 각각은 섹션화되어 있으며, 끝에서 두 번째 및 마지막 스크류부 사이의 3개의 개구된 제한소자(252, 254, 256)를 갖추고 있다. 중간소자(254)는 리브(250)를 위한 공차를 제공하나 외부소자(252, 256)는 리브(250) 양쪽에 있다.
도 12의 압출기(232a)는 제한요소(252∼256) 및 고정자(248)가 없는 점을 제외하고는 모든 점에서 압출기(232)와 동일하다. 따라서 압출기(232a)의 구성요소에는 "a"를 부가하여 동일한 구성요소를 나타낸다.
압출기(232, 232a)의 L/D비는 상술한 단일 스크류의 짧은 길이의 압출기와 동일하며, 마찬가지로 스크류 rpm, 스크류 선단의 속도, 압력, 온도, 체류시간, 제품 체적밀도, 젤라틴화, 수분함유 레벨 및 PDI 값과 같은 동작 파라미터의 광범위하고 바람직한 범위를 갖는다. 본 발명의 트윈 스크류 압출기는 단일 스크류의 대응부와 비교했을 때 동일한 방식으로 동작한다.
이하의 예는 본 발명에 따르는 바람직한 압출장치와 압출방법을 설명한다. 본 발명은 상술한 것으로 제한되는 것은 아니며 실시예의 어느 것도 본 발명의 전체적인 범위에 대한 제한으로서 택한 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에서 사용되고 있는 "팰릿 내구성 지수(pellet durability index)"와 "PDI"는 본 명세서에서 참고로 포함한 미국 식품연합사(American Feed Association, Inc.)의 식품제조기술 4편(Feed Manufacturing Technology Ⅳ) 121∼122 페이지에 기술된 내구성 테스트를 참고했다. 이 내구성 테스트에서 팰릿의 내구성은 팰릿이 주변온도의 ±10℉ 내의 온도를 가질 때 냉각후 바로 얻어진다. 내구성은 미리 걸러낸 팰릿(분말을 제거하기 위함)의 샘플 500g을 하나의 대각선이 12″×12″인 밀봉체에 대해 9″의 변을 따라 대칭으로 고정된 2″×9″의 내부 플레이트를 구비한 먼지방지의 12″×12″×5″밀봉체에서 50rpm으로 5분 동안 혼합시킴으로써 결정된다. 밀봉체는 12″의 변에 수직이고 중심인 축 둘레를 회전한다. 혼합 후, 분말이 스크리닝에 의해 제거되고 팰릿샘플의 무게가 다시 측정된다. 팰릿의 내구성은 다음과 같이 정의된다.
내구성 = 혼합후의 팰릿의 중량/혼합전의 팰릿의 중량 ×100
예 1
이 예에서는 프리콘디셔너와 결합된 짧은 길이의 압출기가 상용제품 등급의 고품질의 팽창 애완동물용 식품의 제조에 사용된다.
압출기는 도 1에 도시된 종류의 것으로 구성되며, 3개의 헤드로 구성된다. 특히 실행 1, 실행 2, 실행 4에 사용된 압출기의 구성은 다음의 구성요소, 즉 압출기 통-65695-001(입구헤드); 65676-001(헤드번호 2); 65689-001(헤드번호 3)로 구성된다(여기에서의 모든 부품은 Wenger Mfg. Co.의 부품번호와 동일함). 헤드번호 2는 내부 라이너 65691-001과, 제 2 및 제 3 헤드 사이의 고정자 76598-001을 구비한다. 스크류 조립체는 76597-001(축); 65670-001(입구 스크류); 65671-001(제 2 스크류부); 65906-003(65907-001(회전자)과 65909-001(고정자)을 포함하는 제 2 및 제 3 스크류부 사이의 고정 셔얼록) 및 65675-001(제 3 스크류부)로 구성된다. 최종 다이는 65534-009(l″스페이서); 65421-001(다이 플레이트); 31350-779(3/8″의 다이개구를 제공하는 다이 삽입부)로 구성된다. 회전칼 조립체는 압출물을 편리한 사이즈로 절단하기 위해 다이의 출구에 인접하여 배치된다. 칼 조립체는 19462-023(칼 지지체) 및 10개의 칼날(19512-003)을 포함한다. 실행 3 및 실행 5에 사용된 압출기는 사용된 축이 Wenger 부품번호 76597-001이고 최종 스크류부(Wenger 부품번호 65675-005)가 커트된 플라이트 구성인 것을 제외하고는 상술한 것과 동일하다.
이들 설정에 모두 사용되는 프리콘디셔너는 표준 60-60 구성을 갖는 Wenger DDC 프리콘디셔너이다.
모두 5가지의 테스트 실행에서 출발 애완동물용 식품의 처방전은 24중량%의 가금용 곡분(poultry meal), 54중량%의 옥수수 곡분, 8중량%의 밀, 8중량%의 옥수수 글루텐 곡분, 6중량%의 콩 곡분으로 구성된다. 각각의 경우에, 출발재료는 수분을 공급받고 부분적으로 조리될 수 있도록 프리콘디셔너에 공급되어 통과된다. 물과 스팀이 제 2 및 제 3 헤드 분사구에서 압출기 통내부로 분사된다. 후속 압출에서 제품은 종래와 같이 약 9∼11중량%의 수분함량을 갖도록 건조된다.
다음의 표 1은 프리콘디셔너와 압출기에서 5개의 실행에 대한 동작조건을 설명한 것이다.
모든 실행은 상용으로 허용가능하며, 완전히 조리되어 형성된 제품을 제공한다. 실행 1로부터의 제품의 체적밀도는 약 19파운드/ft3에서 찾을 수 있다.
예 2
이 예에서는 도 4에 도시된 종류의 짧은 길이의 압출기가 고품질 고밀도의 단단한 돼지용 식품을 제조하기 위해 이용된다. 최종제품은 팽창기 및 팰릿 분쇄기를 이용하여 제조된 종래의 제품보다 우수하지는 못하더라도 동급이다.
특히 실행 6과 7에 사용된 3개 헤드의 압출기 구성은 다음의 구성요소, 즉 압출기 통-65695-001(입구헤드); 65676-001(헤드번호 2); 65689-001(헤드번호 3)로 구성된다(여기에서 모든 부품은 Wenger Mfg. Co.의 부품번호와 동일함). 헤드번호 2는 내부 슬리브 65691-001을 구비하나, 헤드 3은 내부 슬리브 76598-001을 구비한다. 스크류 조립체는 76597-002(축); 65670-001(입구 스크류); 65671-001(제 1 스크류부); 65906-001(제 2 스크류부) 및 65676-001(제 3 스크류부)로 구성된다. 최종 다이는 13개의 삽입물과 함께 66532-103 BH, 65534-009 AD, 74010-953 NA, 74010-954 NA로 구성된다. 회전칼 조립체는 압출물을 편리한 사이즈로 절단하기 위해 다이의 출구에 인접하여 배치된다. 칼 조립체는 19462-001(칼날 지지체) 및 6개의 칼날(19430-007)을 포함한다.
실행 8 및 실행 9의 경우에, 압출기의 구성은 다음의 구성요소, 즉 압출기 통-65695-001(입구헤드); 65676-001(헤드번호 2); 65689-001(헤드번호 3)로 구성된다. 헤드번호 2는 내부 슬리브 65691-001을 구비하나, 헤드 3은 내부 슬리브 76598-001을 구비한다. 스크류 조립체는 76597-001(축); 65670-001(입구 스크류); 65671-001(제 1 스크류부); 65658-015(제 2 스크류부) 및 65675-001(제 3 스크류부)로 구성된다. 최종 다이는 6534-009 AD와 65421-001 BH로 구성된다. 회전칼 조립체는 압출물을 편리한 사이즈로 절단하기 위해 다이의 출구에 인접하여 배치된다. 칼 조립체는 19607-017(칼날 지지체) 및 5개의 칼날을 포함한다.
이들 설정에 모두 사용되는 프리콘디셔너는 구성번호 377인 Wenger 모델 16 DDC 프리콘디셔너이다. 좌우의 축은 각각 총 6개의 회전날을 구비하고 있다.
실행 6∼9에서, 출발 처방전은 76.96중량%의 마일로, 15.95중량%의 콩 곡분, 4.69중량%의 수지(tallow), 0.94중량%의 염, 0.94중량%의 탄산칼슘, 0.41중량%의 비타민 프리믹스 및 0.11중량%의 리신(lysine)으로 구성된다. 각각의 경우에, 출발재료는 수분을 공급받고 부분적으로 조리되기 위해 프리콘디셔너에 공급되고, 다음으로 3개의 헤드 압출기를 통과한다. 실행 7∼9에서 압출기 통에 물이 주입된다. 실행 6과 7은 다소 불안정하나 실행 8과 9는 안정하며 양호하고 고밀도의 돼지용 식품을 제공한다. 다음의 압출에서 제품은 35파운드/ft3(실행 6), 36파운드/ft3(실행 7), 45.4파운드/ft3(실행 8), 45.0파운드/ft3(실행 9)의 최종밀도를 달성할 수 있도록 다수의 패스 쿨러(pass cooler)를 이용하여 냉각된다.
다음의 표 2는 프리콘디셔너와 압출기에서 4개의 실행에 대한 동작조건을 설명한 것이다.
실행 8 및 9에서 달성된 보다 높은 밀도는 실행 6 및 7과 비교하였을 때 사용된 다이 조립체와는 다른 것에 기인한 것으로 믿어진다.
특히 본 명세서에서 설명된 압출기는 비록 단일 스크류 형태로 구성되었지만 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 짧은 길이의 트윈 스크류 압출기가 본 발명에 따라 제조되거나 사용될 수도 있다.
예 3
이 예에서는 처리중에 발생하는 비타민과 리신의 감성정도를 결정하기 위해, 비타민 A를 함유하는 비타민 프리믹스와 리신을 내부에 포함하는 스와인(swine)용의 식품이 본 발명에 따라 제조된다.
이들 실행에서 사용된 3개 헤드의 압출기 구성은 도 4에 도시된 종류의 것이며, 다음의 구성요소, 즉 압출기 통-65695-001(입구헤드); 65676-001(헤드번호 2); 65689-001(헤드번호 3)로 구성된다(여기에서 모든 부품은 Wenger Mfg. Co.의 부품번호와 동일함). 헤드번호 2는 내부 슬리브 65691-001을 구비하나, 헤드 3 또한 내부 슬리브 76598-001을 구비한다. 스크류 조립체는 76597-002(축); 65670-001(입구 스크류), 65671-001(제 1 스크류부), 65658-001(제 2 스크류부) 및 65675-001(제 3 스크류부)로 구성된다. 최종 다이는 10개의 삽입물과 함께 65534-009 AD, 65421-001 BH, 74010-955 NA로 구성된다. 회전칼 조립체는 다이의 출구에 인접하여 배치되며, 19607-017(칼날 지지체) 및 5개의 칼날을 포함한다. 이들 실행에 사용되는 프리콘디셔너는 구성번호 377의 Wenger 모델 16 DDC이다. 좌우의 축은 각각 총 60개의 회전날(beater)을 구비한다.
실행 10 및 11에서, 출발 처방전은 76.96중량%의 마일로, 15.95중량%의 콩 곡분, 4.69중량%의 수지(tallow), 0.94중량%의 염, 0.94중량%의 탄산칼슘, 0.41중량%의 비타민 프리믹스 및 0.11중량%의 리신(lysine)으로 구성된다. 다음의 표 3은 프리콘디셔너와 압출기에서 2개의 실행에 대한 동작조건을 설명한 것이다.
각각의 압출물에 대한 냉각은 2 통로-드라이어/쿨러로 실행된다. 실행 10의 경우에, 구역 1의 온도는 42℃이고, 구역 2의 온도는 39℃이다. 보유시간은 1시간 2.7분 및 2시간 5분이다. 팬의 속도 1∼4는 각각 1597, 1638, 1078, 1038rpm이다. 실행 11에서 구역 1과 구역 2의 온도는 각각 41℃와 39℃이나, 보유시간은 각각 2.7분과 5분이다. 팬의 속도 1∼4는 각각 1579, 1638, 1078, 1038rpm이다.
돼지용 식품 압출물을 분석한 결과 실행 10에서 1.2245g/㎖의 조각 밀도, 99.4%의 PDI(팰릿 내구성 지수), 8중량%의 지방 흡수, 냉각후 1.2482g/㎖의 조각 밀도를 갖는 것으로 밝혀졌다. 실행 11에 대해서는 1.203g/㎖의 조각밀도, 99.0%의 PDI, 8중량%의 지방 흡수이었다.
또한 실행 10과 11에서의 돼지식품 압출물은 입수가능한 리신, 비타민 A 및 사상균(mold)의 수에 대해 테스트되었다. 이들 테스트 결과는 다음의 표 4와 같다.
샘 플 입수가능한 리신(중량%) 비타민 A(IU/kg) 사상균 수(CFU/g)
원료조리 0.70 1,777 300,000
실행 10 0.71 2,545 ＜10
실행 11 0.72 2,695 ＜10
이들 데이터는 실행 10과 11에서의 제품에 리신이나 비타민 A의 손실이 없고, 사상균이 완전히 파괴되었다는 것을 설명해주며, 부가적인 아플로톡신 또는 기타의 독소가 압출후 형성되지 않는다는 것을 시사해 준다. 식품에 대한 살모넬라 테스트에서도 음성반응이 나타났다. 이들 결과를 종래의 압출공정에서 발생했던 통상 입수가능한 리신과 비타민 A의 손실과 대조하였다. 예컨대 종래의 장치를 이용하여 제조된 돼지용 식품은 통상 리신 손실이 14∼15중량%, 비타민 A의 손실이 40중량% 정도이다.
본 발명에 의해 달성되는 극히 짧은 압출기의 체류시간은 최종 압출물에 리신 및 비타민 함량을 완전히 보존할 수 있게 해준다. 즉, 실행 10∼11에 있어서 대략적인 압출기 통의 체류시간은 유색 트레이서(color tracer)를 주입시킴으로써 측정되었으며, 약 3∼4초임이 밝혀졌다. 그럼에도 불구하고 이 압출물은 충분히 조리된 제품이거나 매우 맛있는 제품이다.
예 4
이 일련의 테스트에서, 고밀도의 비교적 단단한 돼지용 식품은 도 5에 도시된 바와 같은 압출기를 사용하여 제조되었다. 2개의 분리된 처방전이 사용된다. 즉, 실행 12∼13에서는 습량기준으로 10.9중량%의 수분함량을 갖는 마른 재료와 함께 80중량%의 마일로, 18중량%의 콩 곡분, 1중량%의 탄산칼슘, 1중량%의 염으로 구성되고, 실행 14∼24에서는 습량기준으로 9.39중량%(실행 22)에서 11.63중량%(실행 20)의 수분함량을 갖는 마른 재료와 함께 80중량%의 옥수수, 18중량%의 콩 곡분, 1중량%의 탄산칼슘, 1중량%의 염으로 구성된다. 모든 실행에서 마른 재료는 1/16인치 스크린을 통해 가루로 되며 프리콘디셔닝 중에 2중량%의 수지(tallow)가 첨가된다.
이들 모든 실행에 사용되는 프리콘디셔너는 구성번호 377을 이용한 Wenger 모델 16 DDC 프리콘디셔너이며, 좌측의 축은 60개의 회전날(75°에서 전방향 12개, 90°에서 중립 24개, -75°에서 역방향 24개)을 구비하며, 우측의 축은 60개의 회전날(75°에서 전방향 12개, -75°에서 역방향 48개)을 구비하고 있다.
실행 12∼17 및 실행 20∼23에서, 압출기의 구성은 압출기 통-65695-001(입구헤드 1), 65676-001(헤드 2), 65689-001(헤드 3); 압출기 슬리브-65691-001(헤드 2 내부), 75698-001(헤드 3 내부); 압출기 축-75697-001; 축-65670-001, 65671-001, 65658-013 및 65675-001에 장착된 회전소자를 포함한다. 실행 18∼19에 대한 압출기 구성은 압출기 통-65695-001(입구헤드 1), 65676-001(헤드 2), 65689-001(헤드 3); 압출기 슬리브-65691-001(헤드 2 내부), 65693-001(헤드 3 내부); 압출기 축-75697-001; 축-65670-001, 65671-001, 65658-013 및 65675-001에 장착된 회전소자를 포함한다. 가장 바람직한 압출기 구성은 실행 24에서 사용되었으며, 원추형 출구 스크류가 압출기의 배출단부에 보다 근접하게 이동되도록 그 앞에 위치되는 부가적인 1/4인치 스페이서와 함께 15°의 테이퍼를 갖는 점을 제외하고는 실행 12∼17 및 20∼23의 것과 동일하다. 이 구성은 특히 도 4에 도시되어 있다.
실행 12∼21에서 사용된 다이 및 칼 조립체는 10개의 삽입물, 이 삽입물 각각에 대하여 6개의 6mm 직경의 구멍, 15mm의 랜드길이와 함께 다이 및 어댑터-53661-005 NA, 65421-001 BH, 74010-955 NA; 5개의 19430-003 칼날을 구비한 칼 지지체-19462-023을 포함한다. 실행 22∼24에 사용된 조립체는 다이 및 어댑터-53661-005 NA, 65421-001 BH, 74010-752 NA; 각각의 삽입물에 대한 3개의 1/4인치 구멍, 1/2인치 랜드길이, 10개의 19430-003 칼날을 구비한 칼 지지체-19462-023을 포함한다.
다음의 표 5는 이 일련의 실험에 대한 실행조건을 설명해 준다.
실행 12∼17은 600rpm 미만의 압출기 축속도에서 모두 행해진다. 실행 18∼20의 경우에서, 압출기 축속도는 상당히 증가되었다. 이것은 다이의 바로 상류의 압력을 상당히 증가시켰고, 또한 그에 대응하여 압출기 모터의 부하를 상당히 증가시켰다. 실행 23의 경우에서는 활주 천이 셔얼록이 헤드 2와 헤드 3 사이에 구비되며, 이것은 헤드 3의 중간을 제품으로 보충하는 기능을 하며 그 결과 보다 용이한 동작제어가 가능해진다. 최종 실행 24는 15°의 테이퍼를 갖는 원추형 스크류와, 실행 23의 활주 셔얼록 천이와, 스크류의 단부를 배출다이에 보다 근접하게 이동시키기 위한 부가적인 1/4인치 스페이서를 함께 이용한다. 이것에 의해 최적의 제품과 실행이 달성된다.
모든 제품은 고도로 조리된 고밀도의 비교적 단단한 스와인용 식품(swine feed products)이며, 급속하게 물을 흡수할 수 있어 이상적인 스와인용 식품이 되게 하여 준다.
본 발명에 따라 제조된 바람직한 고밀도의 동물용 식품은 PDI가 적어도 약 90, 보다 바람직하게는 적어도 약 95이고, 전분함유 성분의 적어도 약 60%가 젤라틴화(보다 바람직하게는 약 65∼85%의 젤라틴화)된 것을 나타내는 낮은 수분을 함유(압출기로부터의 직접적인 습량기준으로 바람직하게는 약 20중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 18중량% 이하, 가장 바람직하게는 약 14∼18중량%)하는 압출체(extruded body)의 형태이다. 따라서 제품은 고도로 조리되며 본질적으로 잔류 박테리아가 전혀 없게 된다. 또한 압출체는 비교적 단단하게 되며, 입방피트당 적어도 약 28파운드의 체적밀도, 보다 바람직하게는 적어도 약 30파운드의 체적밀도를 갖게 된다. 압출체의 경화에도 불구하고 이들 압출체는 수분을 용이하게 흡수할 수 있다. 특히 58℉의 물에 4분 동안 침지하였을 때 이 제품은 물에 침지하기 전의 분쇄에 대한 최대 저항의 약 70%(보다 바람직하게는 약 60% 미만)미만의 최대저항을 나타내 보여준다. 게다가 58℉의 물에 8분 동안 침지하였을 때 본 발명의 제품은 물에 침지하기 전의 분쇄에 대한 최대 저항의 약 40%(보다 바람직하게는 약 30% 미만)미만의 최대저항을 나타내 보여준다. 이러한 분쇄저항 테스트는 뉴욕 스칼스데일 소재의 텍스쳐 테크놀로지사(Texture Technologies Corp.)에 의해 판매되는 모델 TA.XT2를 이용하여 실행하는 것이 바람직하다.
이와 관련하여 도 6∼8을 주목해 보자. 도 6은 종래의 압출 스와인용 식품을 이용한 분쇄저항 테스트를 나타낸 최적의 대수곡선을 갖는 막대 그래프이다. 58℉의 물에 4분 동안 침지한 후의 종래의 압출제품의 분쇄저항은 출발 비침지 제품에 비해 약 83.5% 이었다. 그리고 8분 동안 침지한 후의 분쇄저항은 약 78.6% 이었다. 도 7은 본 발명에 따라 제조된 스와인용 식품의 분쇄저항을 나타낸 대수곡선을 도시한 유사 막대 그래프이다. 이 도면에서 테스트된 특정제품은 예 4의 실행 14의 것이다. 도시된 바와 같이 4분 동안의 침지후 본 발명의 제품은 비침지된 출발제품의 것과 비교했을 때 약 52%의 분쇄저항을 나타냈으나 8분 후의 분쇄저항은 약 24.7%에 불과하였다. 도 8은 통상의 팰릿공정에 의해 제조된 종래의 스와인용 식품의 분쇄저항 특성을 도시한 것을 제외하고는 도 6 및 도 7과 동일하다. 분쇄저항 데이터는 본 발명의 것(출발제품에 비해 4분간 침지한 후의 분쇄저항은 52.7%, 8분간 침지한 후의 분쇄저항은 16.6%)과 매우 유사하므로 본 발명의 압출제품은 흡수성 및 팰릿 분산의 관점에서 종래의 팰릿화된 제품과 유사하다.
이 일련의 실행은 또한 압출 도중의 재료가 최종 압출다이의 바로 상류에서 압력이 급속하게 증가하는 것을 보여줌을 알 수 있다. 사실상 2중 압력 게이지(186, 184)(도 4 참조)는 먼 쪽 게이지(186)에서의 압력이 대기압이고 인접한 게이지(188)에서의 압력이 780∼1100kPa(111∼157psi)임을 나타내 준다. 대체로 말하면 압출다이의 내면으로부터 후방으로 상기 스크류 조립체의 길이를 따라 축방향으로 압출기 통의 최대 직경 D의 1.5배 거리 떨어진 지점에서의 상기 압출기 통의 내부의 압력은 대기압이어야만 한다. 상기 압출다이의 상기 내면에 바로 인접한 상기 압출기 통의 내부 압력은 적어도 약 100psi, 보다 바람직하게는 적어도 약 300psi이어야 한다.
압출기 스크류 조립체의 "선단속도"는 중요한 파라미터일 수도 있는 것임을 또한 알 수 있다. 선단속도는 압출다이에 밀접한 압출 스크류의 최단부의 속도이다. 이 선단속도는 약 400∼1600ft/min, 보다 바람직하게는 약 600∼1200ft/mm, 가장 바람직하게는 약 700∼900ft이다.
본 발명과 종래의 제품에 따르는 팰릿들 사이의 현저한 차이점을 보충 설명하기 위해 제품의 전자 현미경사진을 스캐닝함으로서 팰릿 제조기와 본 발명에 따라 제조된 비교 스와인용 식품의 팰릿을 검사한다. 각각의 경우에, 대표적인 팰릿이 면도날에 의해 길이방향으로 잘려지며 현미경 사진을 얻기 위해 표준 SEM 처리가 실행된다. 종래의 팰릿 제품의 SEM은 도 9에 도시하고, 본 발명의 개선된 제품의 SEM은 도 10에 도시하였다.
도 9를 참조하면, 도시된 원형의 입자는 팰릿 제조다이를 통과하는 팰릿의 흐름과 일치하는 일반적인 흐름패턴을 갖는 실질적으로 본래의(즉, 실질적으로 젤라틴화되지 않은) 전분입자이다. 이와 대조적으로 도 10의 SEM은 본 발명에 따르는 제품이 본래의 전분입자를 거의 가지지 않으며, 매우 현저하게 흐름패턴이 일치함을 설명해 준다. 도 10의 SEM은 또한 팰릿에 상당한 강도를 부여하는 것으로 믿어지게 하는 층 구조(laminar structure)를 나타내고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 성분이 프리콘디셔너를 통과하기 때문에 단백질과 전분부분이 점성의 투명한 상태로부터 고무같은 반죽처럼 변형된다. 그러나 이 상태에서의 출발성분은 본 발명의 짧은 길이의 조리 압출기에 들어가기 때문에 그 온도는 용융 천이온도 가까이 또는 그 보다 약간 상회할 정도로까지 상승하며, 단백질 및 전분부의 점성은 감축된다. 그러나 재료는 최종 다이를 통해 배출되며, 원하는 층구조가 얻어져 온도가 급속히 저하함에 따라 단백질과 전분부가 투명한 상태로 바뀐다. 이 시점에서 층구조가 최종 제품으로 영구히 유지된다. 그러나 이와 동시에 고밀도 제품이 원하는 상태에 있게 되는 장소가 제어되어 다이를 통해 배출될 때 제품이 팽창되는 것을 제한하게 된다. 일반적으로 어느 정도의 "다이 팽창"은 이 관찰되지만 압출시의 제품의 전체적인 팽창은 작다. 이러한 팽창의 백분율은 다이 개구의 직경(또는 최대 단면적 치수)에 의해 나뉘어지는 제품의 직경에 100을 곱한 것에 따라 측정된다. 본 발명의 제품은 통상적으로 약 30%정도, 보다 바람직하게는 약 20%의 팽창률을 가질 뿐이다.
예 5
이들 테스트에서, 연어 식품은 82중량%의 어분과 18.0중량%의 밀가루로 구성되는 건조재료를 사용하여 제조되었다. 모든 실행에서는 상이한 다이와 칼 조립체를 구비하는 것을 제외하고는 동일한 프리콘디셔너와 압출기 구성이 사용된다. 프리콘디셔너는 좌측의 축의 60개의 회전날(75°에서 전방향 18개, 90°에서 중립 24개, -75°에서 역방향 18개)을 구비하며, 우측의 축의 60개의 회전날(75°에서 전방향 5개, -75°에서 역방향 55개)을 구비한 Wenger 모델 7 DDC이다. 압출기는 3개의 헤드(68781-001, 68782-001, 68784-001)를 가지며, 스크류는 4개의 회전축(68792-001, 68793-001, 68805-019, 68796-001)을 지지하는 주축(68722-001)으로 구성된다.
다음의 표 6은 실행조건을 설명해 준다.
실행 25에서는 프리콘디셔너의 성분에 48kg/hr의 속도로 대략 4중량%의 오일이 첨가된다.
연어식품은 그들이 종래의 팰릿보다 많은 지방을 유지하게 해주는 대단히 미세한 셀 조를 나타낸다는 점에서 매우 유익하다. 따라서 본 발명의 수성 팰릿은 적어도 약 28중량%, 보다 바람직하게는 약 32∼40중량%의 오일을 흡수할 수 있으며, 이것은 지방함량이 어분 중량이득에 대한 직접적인 관계를 포함하기 때문에 바람직하다. 미세 셀구조의 다른 중요한 이점은 팰릿이 지방을 유지하고 지방의 삼출을 저지한다는 점이다. 팰릿은 또한 매우 내구적이고 90을 초과하는 PDI를 갖는다. 이것 또한 팰릿화된 수성 식품만큼 중요한데 이는 넓은 범위에 걸쳐 식품 어분에 공기로 전달된다는 점에서 매우 중요하다. 이것의 취급은 종래의 팰릿을 파괴시키는 경향이 있으며, 분말은 상실된다. 최종적으로 이 제품은 1보다 큰 비중을 갖는 물에 가라앉으며, 압출시 습량기준으로 약 10∼18중량%, 보다 바람직하게는 약 11∼16중량%의 대단히 매우 낮은 레벨의 수분을 함유한다. 이러한 종류의 제품에 있어서 종래에는 약 18∼24중량%의 수분함량을 가졌었다. 본 제품의 낮은 수분레벨은 감축되어 어떤 경우에는 압출후 건조장치에 대한 필요가 없어져 처리비용 및 투자비용을 절감할 수 있다.
다음의 표 7은 본 발명에 따르는 중요한 장치, 처리 및 제조 파라미터를 요약한 것으로서 광범위하고 바람직한 범위를 나타낸 것이다.
파라미터 최대 범위 바람직한 범위
L/D비 6 이하 3∼6
압출기 스크류 회전속도(rpm) 최소 500 500∼1500
압출기 스크류 선단속도(ft/min) 400∼1600 600∼1200
제품의 곡물함량(중량%) 최소 15 18∼60
제품의 단백질 함량(중량%) 12∼50 18∼32
제품의 전분함량(중량%) 8∼50 10∼30
압출시의 제품 수분함량(중량%.w.b) 20이하 14∼18
제품밀도(lbs/ft3) 15∼50 15∼25(팽창)최소 28(고밀도)
제품 젤라틴화(%) 60 65∼85
제품 PDI 최소 90 최소 95
제품 아미노산/비타민 손실(중량%) 10미만 5미만
제품 물흡수(4분)/분쇄저항(%) 70미만 60미만
제품 물흡수(4분)/분쇄저항(5) 40미만 30미만
프리콘디셔너 체류시간(초) 15∼150 90∼150
프리콘디셔너를 떠날 때의 수분함량(중량%) 15∼40 22∼28
프리콘디셔너에서의 최대 제품온도(℉) 55∼212 180∼200
압출기에서의 체류시간(초) 2∼40 2∼15
최대 압출기 압력(psi) 150∼1000 300∼500
최대 압출기 온도(℉) 220∼300 230∼250

Claims (64)

  1. 재료입구 및 이 재료입구와 간격을 둔 재료출구를 구비하며, 긴 구멍을 한정하는 내면을 제공하는 긴 관형 통과;
    상기 구멍내에 배치되는 긴 헬리컬 활주 스크류 조립체와;
    상기 스크류 조립체를 축방향으로 회전시키는 수단과;
    상기 재료출구를 가로질러 배치된 개구된 압출다이를 포함하며,
    상기 구멍은 상기 입구로부터 상기 다이까지의 거리의 적어도 약 50％에 대하여 대략 절두원추체의 형상이며, 상기 다이에 접근함에 따라 단면적이 감소하고;
    상기 통내부에서 상기 입구와 출구의 중간에는 재료 흐름의 제한을 한정하는 수단이 있으며, 상기 흐름제한 한정수단은 상류의 가장자리와 그 반대측에 있는 하류의 가장자리를 구비하고, 상기 상류 가장자리는 상기 하류 가장자리보다는 상기 입구에 더 가까우며,
    상기 상류 가장자리에 인접한 상기 스크류 조립체의 회전에 대한 재료의 변위는 상기 하류 가장자리에 인접한 상기 스크류 조립체의 회전에 대한 재료의 변위보다 작은 것을 특징으로 하는 짧은 길이의 조리 압출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통의 상기 내부 구멍을 한정하는 면은 그 길이를 따라 간격을 둔 일련의 헬리컬 리브부를 구비하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흐름제한 한정수단은 상류의 면과, 그 반대측에 있는 하류의 면을 갖는 개구된 흐름제한 장치를 구비하며, 상기 스크류 조립체와 흐름제한장치는 상기 압출기가 동작하는 동안 상기 흐름제한 장치의 개구가 재료로 가득 찬 상태를 연속적으로 유지하도록 연동하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 흐름제한 장치는 상기 통에 부착된 개구된 고정자와 상기 스크류 조립체의 일부를 형성하는 상보형 회전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상류의 가장자리에 인접한 상기 통 내부의 자유체적(free volume)은 상기 하류의 가장자리에 인접한 자유체적보다 큰 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전수단은 상기 통의 내부에서 적어도 약 500rpm의 회전속도로 상기 스크류 조립체를 회전시키도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 통을 통과하는 유체를 상기 구멍의 범위내로 분사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압출기는 약 6이하의 L/D비를 갖는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압출기는 상기 구멍내에 하나의 스크류 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 압출기는 상기 구멍내에 한 쌍의 스크류 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  11. 재료입구 및 이 재료입구와 간격을 둔 재료출구를 구비하며, 긴 구멍을 한정하는 내면을 제공하는 긴 관형 통과;
    상기 구멍내에 배치되는 긴 헬리컬 활주 스크류 조립체와;
    상기 스크류 조립체를 축방향으로 회전시키는 수단과;
    상기 재료출구를 가로질러 배치된 개구된 압출다이를 포함하며,
    상기 구멍은 상기 입구로부터 상기 다이까지의 길이의 적어도 약 50％에 대하여 대략 절두원추체의 형상이며, 상기 다이에 접근함에 따라 단면적이 감소하고;
    상기 통의 내면은 그 길이를 따라 내부로 연장되는 일련의 헬리컬 리브부를 구비하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 짧은 길이의 조리 압출기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전수단은 상기 통의 내부에서 적어도 약 500rpm의 회전속도로 상기 스크류 조립체를 회전시키도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 통을 통하여 상기 구멍의 범위내로 유체를 분사하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 압출기는 약 6 이하의 L/D비를 갖는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 압출기는 상기 구멍 내에 하나의 스크류 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 압출기는 상기 구멍 내에 한 쌍의 스크류 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  17. 재료입구 및 이 재료입구와 간격을 둔 재료출구를 구비하며, 그 길이를 따라 간격진 일련의 헬리컬 리브부를 구비하는 내면을 제공하고, 긴 구멍을 한정하는 긴 관형 통과;
    상기 구멍 내에 배치되는 긴 헬리컬 활주 스크류 조립체와;
    상기 스크류 조립체를 축방향으로 회전시키는 수단과;
    상기 재료출구를 가로질러 배치된 개구된 압출다이를 포함하며,
    상기 구멍은 상기 입구로부터 상기 다이까지 대략 절두원추체로 구성되어 상기 다이에 접근함에 따라 상기 구멍의 길이를 따라 단면적이 감소하고;
    상기 통내부에서 상기 입구와 출구의 중간에는 재료 흐름의 제한을 한정하는 수단이 있으며, 상기 흐름 제한장치는 상류의 면과 그 반대측에 있는 하류의 면을 구비하고, 상기 상류의 면은 상기 하류의 면보다는 상기 입구에 더 가까우며,
    상기 흐름 제한장치의 상기 상류의 면에 인접한 상기 스크류 조립체의 회전에 대한 재료의 변위는 상기 흐름 제한장치의 상기 하류의 면에 인접한 상기 스크류 조립체의 회전에 대한 재료의 변위보다 작고,
    상기 스크류 조립체와 흐름제한장치는 상기 압출기가 동작하는 동안 상기 흐름제한 장치의 개구가 재료로 가득 찬 상태를 연속적으로 유지하도록 연동하여 구성되며,
    상기 회전수단은 상기 통의 내부에서 적어도 약 500rpm의 회전속도로 상기 스크류 조립체를 회전시키도록 동작가능하고,
    상기 압출기는 약 6 이하의 L/D비를 갖는 것을 특징으로 하는 짧은 길이의 조리 압출기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 압출기는 상기 구멍 내에 하나의 스크류 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 압출기는 상기 구멍 내에 한 쌍의 스크류 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  20. 식용재료를 압출조리하는 방법에 있어서,
    말단의 압출다이를 갖는 통과 상기 통내에 축방향으로 회전가능한 스크류 조립체를 구비하는 긴 압출기의 입구에 상기 식용재료를 통과시키는 단계와;
    상기 식용재료의 적어도 부분적인 조리를 위해 상기 통의 길이를 따라 상기 입구로부터 상기 압출다이 외부로 상기 식용재료가 진행되고, 상기 식용재료가 진행하는 동안 상기 식용재료가 상기 입구와 상기 압출다이의 중간지역에서 상기 통에 완전히 채워지도록 상기 스크류 조립체를 적어도 약 500rpm의 속도로 회전시키는 단계를 포함하며,
    상기 중간지역에 인접하고 상기 입구에 근접한 상기 스크류 조립체의 회전에 대한 상기 식용재료의 변위가 상기 중간지역에 인접하고 상기 다이에 근접한 상기 스크류 조립체의 회전에 대한 식용재료의 변위보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 식용재료를 상기 중간지역의 개구된 흐름제한 장치에 통과시키는 단계를 포함하며, 상기 스크류 조립체와 흐름제한 장치는 상기 압출기가 동작하는 동안 상기 흐름제한 장치의 개구에 상기 식용재료를 연속적으로 가득 유지시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 입구에 상기 식용재료를 통과시키기에 앞서 상기 식용재료에 수분을 주고 부분적으로 조리하기 위해 상기 식용재료를 프리콘디셔너에 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 스크류 조립체가 회전하는 동안 상기 통에 수분을 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 압출기는 단일 스크류 압출기인 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 재료입구 및 이 재료입구와 간격을 둔 재료출구를 구비하며, 그 길이의 적어도 일부에 걸쳐 절두원추체로 구성되는 긴 구멍을 한정하는 내면을 제공하는 긴 관형 통과;
    상기 구멍 내에 배치되는 긴 헬리컬 활주 스크류 조립체와;
    상기 스크류 조립체를 축방향으로 회전시키는 수단과;
    상기 재료출구를 가로질러 배치된 개구된 압출다이를 포함하며,
    상기 통내부에서 상기 입구와 출구의 중간에는 재료 흐름의 제한을 한정하는 수단이 있으며, 상기 흐름제한 한정수단은 상류의 가장자리와 그 반대측에 있는 하류의 가장자리를 구비하고, 상기 상류 가장자리는 상기 하류 가장자리보다 상기 입구에 더 가까우며,
    상기 압출기는 약 6 이하의 L/D비를 갖는 것을 특징으로 하는 짧은 길이의 조리 압출기.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 구멍은 그 길이의 전체에 걸쳐 테이퍼진 절두원추체의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 흐름제한 한정수단은 상기 통내에서 상기 입구와 출구를 매개하는 개구된 재료흐름 제한장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 통내에는 단일 스크류 조립체가 있는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 통내에는 한 쌍의 스크류 조립체가 있는 것을 특징으로 하는 조리 압출기.
  30. 재료입구 및 이 재료입구와 간격을 둔 재료출구를 구비하며, 긴 구멍을 한정하는 내면을 제공하는 긴 관형 통과;
    상기 구멍 내에 배치되는 긴 헬리컬 활주 스크류 조립체와;
    상기 스크류 조립체를 축방향으로 회전시키는 수단과;
    상기 재료출구를 가로질러 배치된 개구된 압출다이를 포함하며,
    상기 통내부에서 상기 입구와 출구의 중간에는 재료 흐름의 제한을 한정하는 수단이 있으며, 상기 흐름제한 한정수단은 상류의 가장자리와 그 반대측에 있는 하류의 가장자리를 구비하고, 상기 상류의 가장자리는 상기 하류의 가장자리보다는 상기 입구에 더 가까우며,
    상기 하류의 가장자리에 인접한 상기 통의 구멍내의 자유체적은 상기 상류의 가장자리에 인접한 상기 통의 구멍내의 자유체적보다 큰 것을 특징으로 하는 짧은 길이의 조리 압출기.
  31. 재료입구 및 이 재료입구와 간격을 둔 재료출구를 구비하며, 적어도 그 길이의 일부분에 걸쳐 절두원추체의 형상으로 구성되는 긴 구멍을 한정하는 내면을 제공하는 긴 관형 통과;
    상기 구멍 내에 배치되는 긴 헬리컬 활주 스크류 조립체와;
    상기 스크류 조립체를 적어도 약 500rpm의 속도로 축방향으로 회전시키는 수단과;
    상기 재료출구를 가로질러 배치된 개구된 압출다이를 포함하며,
    상기 압출기는 약 6 이하의 L/D비를 갖는 것을 특징으로 하는 짧은 길이의 조리 압출기.
  32. 식용재료를 압출조리하는 방법에 있어서,
    말단의 압출다이를 갖는 통과 상기 통내에 축방향으로 회전가능한 내부 스크류 조립체를 구비하는 긴 압출기로서 약 6 이하의 L/D비를 갖는 상기 압출기의 입구에, 상기 식용재료를 통과시키는 단계와;
    상기 식용재료의 적어도 부분적 조리를 위해 상기 통의 길이를 따라 상기 입구로부터 상기 압출다이의 외부로 상기 식용재료를 진행시키도록 적어도 약 500rpm의 속도로 상기 스크류 조립체를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 식용재료를 압출조리하는 방법에 있어서,
    말단의 압출다이를 갖는 통과 상기 통내에 축방향으로 회전가능한 내부 스크류 조립체를 구비하는 긴 압출기로서 약 6까지의 L/D비를 갖는 상기 압출기의 입구에, 상기 식용재료를 통과시키는 단계와;
    상기 식용재료의 적어도 부분적 조리를 위해 상기 통의 길이를 따라 상기 입구로부터 상기 압출다이의 외부로 상기 식용재료를 진행시키도록 적어도 약 500rpm의 속도로 상기 스크류 조립체를 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 압출기 통내에 상기 식용재료가 체류하는 시간은 약 2∼9초인 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 식용재료를 압출조리하는 방법에 있어서,
    말단의 압출다이를 갖는 통과 상기 통내에 축방향으로 회전가능한 내부 스크류 조립체를 구비하는 긴 압출기의 입구에 상기 식용재료를 통과시키는 단계와;
    상기 식용재료의 적어도 부분적 조리를 위해 상기 통의 길이를 따라 상기 입구로부터 상기 압출다이의 외부로 상기 식용재료를 진행시키도록 상기 스크류 조립체를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 체류시간은 약 2∼6초인 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 아미노산, 비타민 및 그 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 영양소와 단백질 및 전분의 각각의 양을 포함하는 식용재료의 혼합물을 형성하는 단계와,
    말단의 압출다이를 갖는 통과 상기 통내에 축방향으로 회전가능한 내부 스크류 조립체를 구비하는 긴 압출기의 입구에 상기 식용재료를 통과시키는 단계와;
    적어도 부분적으로 조리된 식용 압출물을 생산하기 위해 상기 통의 길이를 따라 상기 입구로부터 상기 압출다이의 외부로 상기 식용재료를 진행시키도록 상기 스크류 조립체를 회전시키는 단계를 포함하며,
    상기 압출물은 영양적으로 활성이고 비감성의 상태(undegraded form)로 내부에서 상기 영양소의 적어도 약 90%로 젤라틴화된 적어도 약 60%의 전분 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 압출물은 영양적으로 활성이고 비감성의 상태로 내부에 상기 영양소의 약 95%를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 영양소는 리신, 바린, 메티오닌, 아르기닌, 트레오닌, 히스타딘, 이소레우신 및 페닐알라민을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 영양소는 유리 아미노산을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 38 항에 있어서,
    상기 영양소는 폴리펩티드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제 36 항에 있어서,
    상기 영양소는 비타민 A를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 출발 원료의 압출조리에 의해 형성되는 압출 가식체(edible body)를 포함하며, 상기 출발 원료는 아미노산과 비타민 및 그 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 영양소의 양과 단백질 및 전분의 각각의 양을 포함하고, 상기 압출조리된 제품은 영양적으로 활성이고 비감성의 상태로 내부에 존재하는 상기 영양소의 적어도 약 90%로 젤라틴화된 적어도 약 60%의 전분함량을 가지는 것을 특징으로 하는 압출 조리된 식품.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 압출 조리된 제품은 영양적으로 활성이고 비감성의 형태로 내부에 존재하는 상기 영양소 부가제의 적어도 약 95%를 갖는 것을 특징으로 하는 식품.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 영양소는 리신, 바린, 메티오닌, 아르기닌, 트레오닌, 히스타딘, 이소레우신 및 페닐알라민을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 영양소는 유리 아미노산을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품.
  46. 제 44 항에 있어서,
    상기 영양소는 폴리펩티드를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품.
  47. 제 42 항에 있어서,
    상기 영양소는 비타민 A를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품.
  48. 제 42 항에 있어서,
    상기 전분함량은 약 65∼85% 젤라틴화된 것을 특징으로 하는 식품.
  49. 식용재료를 압출조리하는 방법에 있어서,
    통과, 상기 통내에서 축방향으로 회전가능한 내부의 활주 스크류 조립체와, 상기 통의 출구를 한정하는 상기 스크류 조립체에 인접하는 내면을 갖는 말단의 압출다이를 구비하는 긴 압출기의 입구에 상기 식용재료를 통과시키는 단계와;
    상기 식용재료의 적어도 부분적인 조리를 위해 상기 통의 길이를 따라 상기 입구로부터 상기 압출다이 외부로 상기 식용재료가 진행되도록, 적어도 약 500rpm의 속도로 상기 스크류 조립체를 회전시키는 단계를 포함하며,
    상기 스크류 조립체의 길이를 따라 축방향으로 상기 압출다이의 내면으로부터 후방으로 상기 압출통의 최대직경 D의 1.5배 간격져 있는 점에서의 압출통내의 압력이 대기압이고, 상기 압출다이의 상기 내면에 바로 인접한 상기 압출통내의 압력이 적어도 약 100psi인 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 압출다이의 상기 내면에 바로 인접한 상기 압출통내의 상기 압력은 적어도 약 300psi인 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제 49 항에 있어서,
    상기 스크류 조립체의 선단속도는 약 400∼1600ft/min인 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 선단 속도는 약 700∼900ft/min인 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 단백질과 전분의 각각의 양을 함유하는 압출된 가식체(edible body)를 포함하는 고밀도의 단단하고 고도로 조리된 식품으로서, 상기 가식체는 적어도 28파운드/ft3의 체적밀도를 갖고, 가식체의 전분부분은 적어도 약 60%가 젤라틴화되어 있으며, 상기 식품은 적어도 약 90의 팰릿 내구성 지수를 가지며, 상기 식품은 4분 동안 58℉의 물에서 침지되었을 때의 분쇄에 대한 최대저항이 상기 물에 침지하기 전에 상기 식품을 분쇄하는 것에 대한 최대저항의 약 70%미만인 것을 특징으로 하는 식품.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 전분부분은 약 65∼85% 젤라틴화되어 있는 것을 특징으로 하는 식품.
  55. 제 53 항에 있어서,
    상기 팰릿 내구성 지수는 약 95인 것을 특징으로 하는 식품.
  56. 제 53 항에 있어서,
    상기 식품은 8분 동안 58℉의 물에서 침지되었을 때의 분쇄에 대한 최대저항이 상기 물에 침지하기 전에 상기 식품을 분쇄하는 것에 대한 최대저항의 약 45%이하인 것을 특징으로 하는 식품.
  57. 제 53 항에 있어서,
    상기 식품은 스와인용 식품(swine feed)인 것을 특징으로 하는 식품.
  58. 제 53 항에 있어서,
    상기 식품은 압출후 약 20중량% 이하의 수분을 함유하는 것을 특징으로 하는 식품.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 수분함량은 약 18중량% 이하인 것을 특징으로 하는 식품.
  60. 제 53 항에 있어서,
    상기 식품은 단지 약 30%의 팽창을 나타내는 것을 특징으로 하는 식품.
  61. 단백질 및 전분의 각각의 양을 함유하는 압출된 가식체를 포함하는 고밀도의 단단하고 고도로 조리된 식품으로서, 상기 가식체는 적어도 28파운드/ft3의 체적밀도를 갖고, 상기 가식체의 전분부분은 적어도 약 60%가 젤라틴화되어 있으며, 상기 식품은 적어도 약 90의 팰릿 내구성 지수를 갖는 것을 특징으로 하는 식품.
  62. 단백질 및 전분의 각각의 양을 함유하는 압출된 가식체를 포함하는 고밀도의 단단하고 고도로 조리된 식품으로서, 상기 가식체는 적어도 28파운드/ft3의 체적밀도를 갖고, 가식체의 전분부분은 적어도 약 60%가 젤라틴화되어 있으며, 상기 식품은 4분 동안 58℉의 물에서 침지되었을 때의 분쇄에 대한 최대저항이 상기 물에 침지하기 전에 상기 식품을 분쇄하는 것에 대한 최대저항의 약 70%미만인 것을 특징으로 하는 식품.
  63. 각각의 어분 및 곡물의 양을 함유하는 압출된 가식체를 포함하는 수산식품으로서, 상기 가식체는 압출시의 수분함량이 약 10∼18중량%, 밀도가 적어도 약 28파운드/ft3, PDI가 약 90, 비중이 1보다 큰 것을 특징으로 하는 식품.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 압출시의 수분레벨은 약 11∼16중량%인 것을 특징으로 하는 식품.
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