KR20180027401A - 육류 함량이 많은 식품 또는 사료 제품을 가공하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

식품 또는 사료 가공 시스템(10, 96)은 압출기(14) 및 하류 가공기(16, 16a)를 포함하고, 육류가 많은 식품 또는 사료 배합물을 가공하도록 동작 가능하다. 상기 가공기(16, 16a)는 내측 표면(44)을 제공하는 세장형 가공기 배럴(38)을 포함하고, 상기 배럴(38) 내에는 외측 표면(62)을 제공하는 중심 몸체 또는 튜브(60)가 존재한다. 이에 의해 상기 표면(38, 62)들은 세장형 환형 가공 구역(70)을 형성한다. 상기 배럴(38) 및 튜브(60)는 장치(52, 66)에 의해 증기로 가열된다. 회전 가능한 가공 요소(72)는 또한 상기 구역(70) 내에 위치된다. 상기 요소(72)는 이들 표면에 재료가 축적되는 것을 방지하기 위해 상기 표면(44, 62)을 스크레이핑하는 복수의 나선형 베인(88, 104)을 구비한다.

Description

육류 함량이 많은 식품 또는 사료 제품을 가공하는 장치 및 방법

본 발명은 일반적으로 식품 또는 사료 재료, 특히 육류 함량이 높은 식품 또는 사료 배합물을 가공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은 상기 배합물을 초기에 가공하고 가열하도록 동작가능한 압출기를 포함하고, 하류 가공기(downstream processor)는 최종 제품을 조리(cooking)하고 형성하는 것을 완료하도록 설계된다. 상기 가공기는 내측 표면을 제공하는 세장형 가공기 배럴(elongated processor barrel)을 포함하고, 상기 가공기 배럴 내의 중심 몸체(body)는 외측 표면을 제공하는 것에 의해, 상기 내측 표면과 외측 표면 사이에 환형 구역(annular region)을 형성한다. 세장형 회전 가능한 가공 요소(processing element)가 상기 중심 몸체 주위 상기 환형 구역 내에 위치되고, 베인(vane) 또는 리브(rib) 형태로 세장형 스크레이핑 요소(elongated scraping element)들을 구비한다. 가공 동안, 상기 가공기의 상기 내측 표면과 외측 표면이 가열되고 상기 가공 요소가 회전되는 동안, 상류 압출기로부터 압출물이 상기 가공기의 상기 환형 구역을 통과한다. 상기 가공기로부터 최종 제품은 중력에 의해 또는 다이(die) 조립체를 사용하는 것을 통해 수집될 수 있다.

많은 식용 식품 또는 동물 사료는 압출 장비를 사용하여 생산된다. 예를 들어, 대부분의 애완 동물 및 수생 사료는 압출된 제품이다. 일반적으로, 단백질, 지방 및 전분의 양을 포함하는 표준 애완 동물 사료와 같은 종래의 제품에 대해 압출 장비 및 가공 파라미터는 이 기술 분야에 잘 알려져 있다. 더욱이, 이러한 압출된 사료는 알려진 장비 및 가공 기술을 사용하여 비교적 적은 양의 육류로 보충될 수 있다.

그러나, 최근에 30 중량% 내지 40 중량% 이상의 비교적 많은 양의 육류를 포함하는 압출된 제품이 요구되고 있다. 예를 들어, 많은 애완 동물 주인들은 사람이 일반적으로 소비하는 육류 및 이와 유사한 제품의 외관을 갖는 "인간화된" 애완 동물 사료에 대한 욕구를 나타냈다. 이러한 요구에도 불구하고, 압출된 제품에 이러한 많은 양의 육류를 혼입하는 것은 값비싼 장비 업그레이드와 정교한 가공을 요구하는 것을 인해 곤란한 것으로 입증되었다. 사실 지금까지, 압출된 애완 동물 사료에 40%의 육류 레벨을 포함하는 것은 합리적인 비용으로 사실상 불가능한 것으로 판명되었다.

따라서 육류 함량이 높은 식품 또는 사료 제품을 고용량, 비교적 저비용으로 생산할 수 있게 하는 개선된 가공 시스템 및 방법이 이 기술 분야에 요구되고 있다.

종래 기술의 참고 문헌은 미국 특허 번호 3,694,227, 3,883,672, 4,126,177, 4,272,466, 5,228,775, 5,964,278, 5,074,125, 7,097,345, 7,811,617, 7,922,384 및 8,628,815, 미국 출원 공개 번호 2014/0037812; 외국 문헌 EP2733453 및 RU2409993; 및 다음 비-특허 참고 문헌: "Extrusion Systems: Components" (2015년 6월 30일 액세스); 및 "Extrusion Cooking and Related Technique" (2015년 6월 30일 액세스)를 포함한다.

본 발명은 상기 약술된 문제점을 극복하고, 매우 많은 양의 육류를 이러한 제품에 혼입할 수 있게 하는 개선된 식품 또는 사료 가공 시스템, 및 대응하는 방법을 제공한다. 일반적으로, 본 발명에서, 식품 또는 사료 재료는 먼저 압출기에서 연속적으로 가공되고 이후 신규한 가공기가 후속된다. 최종 제품은 자립적이고 매우 바람직한 외관과 식용 품질을 가지고 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 시스템은 식품 또는 사료 재료를 수용하기 위한 입구 및 이격된 출구를 제공하는 세장형 관형 배럴을 갖는 압출기를 포함한다. 적어도 하나의 세장형 축방향으로 회전 가능한 나선형으로 비행하는 나사(helically flighted screw)가 상기 배럴 내에 위치되고, 전체 압출기는, 상기 재료를 초기에 가공하고 상기 압출기 출구로부터 가열된 압출물을 생성하도록 동작 가능하다.

하류 가공기는 내측 표면, 압출물 입구, 및 최종 제품 출력을 제공하는 세장형 관형 가공기 배럴을 포함한다. 세장형 몸체가 상기 가공기 배럴 내에 위치되고, 상기 가공기 배럴의 상기 내측 표면에 근접한 외측 표면을 제공하여, 이 내측 표면과 외측 표면 사이에 환형 구역을 형성한다. 관형 가공 요소는 상기 중심 몸체를 둘러싸고 상기 환형 구역 내에 위치된다. 구동 조립체가, 상기 몸체에 대하여 상기 가공 요소를 회전시키고 상기 내측 표면과 외측 표면으로부터 재료를 스크레이핑하기 위해 상기 가공 요소와 동작 가능하게 결합된다. 상기 가공기 배럴 및 중심 몸체의 상기 내측 표면과 외측 표면을 가열하여 상기 환형 구역을 통과하는 재료를 가열하기 위해 가열 구조물이 제공된다. 도관은 상기 가공기의 상기 압출물 입구와 상기 압출기 출구를 동작 가능하게 연결한다.

바람직한 형태에서, 상기 압출기는 상기 압출기 배럴 내에 한 쌍의 세장형의 맞물리는, 나선형으로 비행하는 나사 조립체를 갖는 2축 나사 압출기(twin screw extruder)이다. 그러나, 상기 압출기는 일반적으로 제한된 오리피스 다이를 구비하지 않고, 오히려 상기 압출기 배럴 출구로부터 재료를 상기 하류 가공기 내로 및 상기 하류 가공기를 통해 가압하도록 설계된다.

유리하게는, 상기 가공기의 상기 중심 몸체는 상기 튜브를 증기로 가열하기 위한 장치가 구비된 세장형 고정된 튜브 형태이고, 상기 관형 가공기는 상기 튜브에 대해 회전한다. 유사하게, 상기 가공기 배럴은 상기 배럴의 내측 표면을 증기로 가열할 수 있도록 재킷으로 덮인다.

상기 바람직한 가공 요소는 길이를 따라 복수의 나선형 베인을 가지며, 상기 베인들 사이에 대응하는 개구(opening)들을 갖는다. 상기 가공기를 통과하는 재료를 최상으로 가공하고, 상기 배럴 및 튜브 표면 상에 재료가 축적되는 것을 최소화하기 위해, 상기 가공기 요소의 두께는, 상기 배럴의 상기 내측 표면과 상기 튜브의 상기 외측 표면 사이에 반경방향의 표면-대-표면 거리(radial surface-to-surface distance)에 거의 대응한다. 인접한 표면들을 적절히 스크레이핑하면서 상기 가공기 요소를 회전시킬 수 있을 만큼 충분한 간극이 제공된다.

바람직하게는, 상기 중심 튜브 및 가공 요소는 상기 가공기 배럴의 출력 단부를 넘어서 연장되어, 상기 가공기로부터 나오는 최종 제품이 상기 가공 요소로부터 스트립(strip) 또는 조각 형태로 중력에 의해 떨어질 수 있게 한다. 원하는 경우 다이 구조물이 상기 가공기의 상기 출구에 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 일부 시스템에서, 상기 압출기의 상류에 스크레이핑 표면 열 교환기를 제공하는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 이것은 예를 들어 냉동 또는 냉장된 육류 재료를 상기 압출기에서 가공해야 하는 경우 사용된다. 상기 열 교환기의 기능은 상기 냉장된 육류의 온도를 상승시켜 상기 압출기에서의 상기 가공 부하를 감소시키는 것이다.

본 발명은 또한 일반적으로 압출기 및 신규한 가공기를 통해 재료를 연속적으로 통과시키는 것을 포함하는 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 일반적으로, 세장형 관형 배럴 및 상기 배럴 내에 적어도 하나의 세장형 축방향으로 회전 가능한 나선형으로 비행하는 나사를 포함하는 압출기를 통해 식품 또는 사료 재료를 송출(directing)하는 단계를 포함하고, 상기 압출기는 상기 재료를 초기에 가열하고 가공하여 상기 출구로부터 압출물을 생성하도록 동작가능하다. 이후, 상기 압출물은 외측 가공기 배럴의 상기 내측 표면과 상기 가공기 배럴 내의 세장형 몸체의 상기 외측 표면 사이에 환형 구역을 제공하는 가공기 내로 및 상기 가공기를 통해 지나가고; 상기 관형의 회전 가능한 가공기 요소는 상기 환형 구역 내에 위치된다. 이러한 통과 동안, 상기 가공기 배럴의 상기 내측 표면과 상기 가공기 중심 몸체의 상기 외측 표면은 가열되고 상기 가공기 요소는 상기 중심 몸체에 대해 회전된다. 상기 가공기로부터 최종 제품 출력물(final product output)은 중력에 의해 또는 다이 조립체를 사용하는 것을 통해 수집될 수 있다.

상기 가공기의 상기 내측 표면과 상기 외측 표면을 가열하는 것은 상기 배럴 및 상기 중심 몸체를 증기로 가열하는 것에 의해 가장 용이하게 수행되고, 상기 배럴 및 중심 몸체는 바람직하게는 세장형 폐쇄된 튜브 형태이다. 대부분의 경우, 상기 튜브는 고정되어 있으며, 상기 가공 요소는 상기 튜브에 대해 회전한다.

도 1은 본 발명에 따른 식품 또는 사료 제품을 제조하는 바람직한 장비 및 공정 단계를 도시하는 개략적인 흐름도이다;
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 가공기를 도시하는 부분 개략 단면도이다;
도 3은 2축 나사 압출기의 출구 단부와 결합된 것으로 도시된, 도 2에 도시된 바람직한 가공기의 사시도이다;
도 4는 도 2의 가공기의 내부 구성을 도시하는 수직 단면도이다;
도 5는 2축 나사 압출기의 출구 단부에 결합된 것으로 도시된, 본 발명에 따른 다른 가공기를 도시하는 사시도이다;
도 6은 도 5의 가공기의 출구 단부를 도시하고, 외주 다이(peripheral die) 및 회전 나이프 구조물을 상세히 도시하는 부분 사시도이다;
도 7은 도 5의 가공기의 내부 구성을 도시하는 단면도이다;
도 8은 도 5의 가공기의 내부 구성을 도시하는 수직 단면도이고,
도 9는 도 5에 도시된 가공기의 출력 단부의 부분 사시도이다.

도 1 내지 도 4의 실시예

먼저 도 1을 참조하면, 식품 또는 사료 재료를 가공하기 위한 시스템(10)이 일반적으로 선택적인 스크레이핑된 표면 열 교환기(12), 단일 또는 2축 나사 압출기(14), 및 가공기(16)를 포함하는 것을 볼 수 있다. 일부 양태에서 본 발명은 30 중량% 이상의 비교적 높은 육류 함량을 갖는 식품 또는 사료 재료를 제공하도록 설계된다. 이러한 경우에, 높은 육류 분획(high meat fraction)(18)이 열 교환기(12)로 송출되고, 여기서 이 육류 분획의 온도가 상승된다. 이후 교환기(12)로부터 가열된 출력물(20)은 건조 성분 레시피(22)와 함께 압출기(14)로 공급된다. 가열된 높은 육류 분획(18) 및 건조 성분 레시피(22)는 압출기(14) 내에서 공동 가공되어 압출기 출력물(24)을 생성한다. 압출기 출력물은 가공기(16)에 공급되어 최종 제품(26)을 생성한다. 그러나, 다른 시스템에서는, 특히 출발 성분들이 본질적으로 주위 온도에 있거나 또는 더 따뜻한 경우 열 교환기(12)가 필요치 않을 수 있다.

압출기(14) 자체는 종래의 것이고, 내부에 하나 이상의 세장형 축방향으로 회전 가능한 나선형으로 비행하는 압출 나사 조립체(30)를 갖는 세장형 다중 헤드 관형 배럴(28)(도 3, 도 5 및 도 7에 부분적으로 도시됨)을 포함한다. 배럴(28)은 입구(32)(도 1) 및 출구(34)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 압출기(14)는 캔자스 주 사베타(Sabetha)에 수재하는 웽거 매뉴팩처링사(Wenger Manufacturing, Inc.)에 의해 상업화된 유형의 통상적인 2축 나사 압출기이다. 그러나, 일반적으로 출구(34)에 제공되는 종래의 제한된 오리피스 다이 대신에, 본 발명의 압출기(14)는 배럴(28) 내에서 상당한 정도의 역압(back-pressure) 또는 흐름 제한을 제공하지 않는 원뿔대형 전이부(36)를 구비한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 가공기(16)는, 최내측 표면(44)을 제공하는 세장형 연속적인 중심 보어(bore)(42)를 상호 협력하여 형성하는 복수의 종단 간에 상호 연결된 관형 배럴 헤드(40)로 이루어진 세장형 관형 배럴(38)을 포함한다. 각 헤드(40)는 외측 쉘(outer shell)(48)이 고정된 기본 몸체(46)를 포함하고 이 기본 몸체(46)는 헤드를 가열시킬 수 있는 증기 통로(50)를 제공하도록 구성된다. 적절한 증기 매니폴드 구조물(52)이 증기를 통로(50) 내로 송출하고 이 통로로부터 응축물을 수집하기 위해 헤드(40)에 동작 가능하게 결합된다. 배럴(38)은 직립 파이프 스터브(stub)(56)의 형태로 입구(54)를 구비한다. 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이 세장형 운반 도관(58)이 전이부(36)와 스터브(56) 사이에 부착된다.

배럴(38)은 또한 배럴(38)의 내측 표면(44)을 향하게 외측 표면(62)을 제공하는 세장형 폐쇄된 튜브(60)를 내부에 갖는다. 도시된 실시예에서, 튜브(60)는 고정되어 있고, 장착부(63)에 의해 지지된다. 중심 증기 파이프(64)는 튜브(60)의 실질적으로 전체 길이만큼 연장되고, 외측 표면(62)을 가열하기 위해 증기를 튜브(60) 내로 전달하기 위해 일련의 축방향으로 이격된 증기 흐름 구멍(도시 생략)을 갖는다. 튜브(64)는 증기 소스(66)에 부착되고, 응축물 출구 드레인(68)이 또한 제공된다. 튜브(60)의 외측 표면(62) 및 인접한 내측 표면(44)은 협력하여 환형 구역(70)을 형성하는 것을 볼 수 있다. 도 1 내지 도 4의 실시예에서, 구역(70)의 반경방향의 표면-대-표면 치수는 0.66 인치 또는 16.8㎜이다.

전체 가공기(16)는, 구역(70) 내에 위치되고 배럴(38)의 전체 길이에 걸쳐 연장되는, 세장형 축방향으로 회전 가능한 관형 가공 요소(72)를 더 포함한다. 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 요소(72)는 배럴(38)의 인접한 단부들의 외부에 전후(fore-and-aft) 연결 구획(74, 76)들을 가지며, 각 연결 구획은 기어(77)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 조정된(coordinated) 구동 조립체(78, 80)들이 연결 단부(74, 76)들과 동작 가능하게 결합되고, 각 구동 조립체는 출력 기어(84)를 갖는 구동 모터(82)를 포함하고, 구동 벨트(86)는 기어(84, 77)들 주위에 장착된다. 구동 조립체들은 튜브(60) 및 배럴(28)에 대해 요소(72)를 회전시키는 기능을 하고, 요소(72)의 두께는 상대적인 운동이 표면(44, 62)들을 효과적으로 스크레이핑하여 표면들 위에 재료가 축적되는 것을 방지하는 역할을 하도록 구성된다. 요소(72)는 또한 일반적으로 나선형으로 연장되는 복수의 베인(88)을 포함하고 이들 복수의 베인 사이에 대응하는 나선형 개구(90)들을 갖는다. 베인(88)들은 배럴(38)의 입력 단부에 인접한 지점으로부터 배럴의 원격 출력 단부를 넘어서 연장되는 지점까지 연장된다. 배럴(38)의 버트 단부(butt end)와 구동 벨트(86) 사이의 영역은 가공기(16)의 출력을 효과적으로 형성한다. 보다 상세히 설명된 바와 같이, 제품이 환형 구역(70)으로부터 나올 때, 이 제품은 중력의 영향 하에 수집기(92) 내로 그리고 이에 따라 출력 벨트(94) 상으로 떨어진다.

동작

일반적으로 말하면, 시스템(10)의 동작은, 열 교환기(12) 내에서 높은 육류 분획(18)을 초기에 가열하는 것을 수반하고, 그 출력물은 압출기(14)의 입력(32)으로 송출된다. 동시에, 건조 분획(22)이 또한 입력(32)으로 공급된다. 이들 분획은 결합되어 압출기(14)에서 초기에 가공되고, 압출기 출력물(24)은 가공기(16)의 입력(54)으로 송출된다. 가공기에서, 압출기 출력물은 가열되고 분쇄되어 최종 제품(26)의 얇은 완전히 가공된 스트립 또는 조각을 생성하고, 이는 수집되고 원하는 대로 더 가공된다. 나아가, 요소(72)의 스크레이핑 작용은 인접한 표면(44, 62)들을 세정하여 표면 위에 재료가 축적되는 것을 방지하는 역할을 한다.

보다 상세하게는, 높은 육류 분획(18)은 일반적으로 동결되어 있거나 또는 적어도 냉장(예를 들어, 5℃)되어 있고, 열 교환기(12)는 이 분획의 온도를 약 30℃ 내지 50℃ 범위로 상승시키는데 사용된다. 전술된 바와 같이, 만약 유입되는 높은 육류 분획이 따뜻하거나 주위 온도에 있는 경우에는, 열 교환기(12)가 사용될 필요가 없다.

압출기(14) 내의 상태는 비교적 온화하며, 육류 분획 중 단백질의 완전한 변성 없이 분획(18 및 22)들을 결합시키도록 설계된다. 일반적으로, 압출기는 약 50℃ 내지 75℃의 온도를 갖는 출력물(24)을 생성하도록 동작되어야 한다. 압출기 배럴 내 압력 상태는 일반적으로 약 150 psig 내지 250 psig, 보다 바람직하게는 약 180 psig 내지 220 psig 범위이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 이러한 압출기 상태는 증기 입력을 통해 및/또는 나사(들)(30)를 회전시키는 것에 의해 압출기 배럴을 적절히 가열하는 것에 의해 수립될 수 있다. 나사의 rpm은 일반적으로 약 50-600 범위 및 보다 바람직하게는 약 100-400 범위이다. 압출기 배럴을 통과하는 재료의 체류 시간은 약 3초 내지 60초, 보다 바람직하게는 약 5초 내지 40초 범위이다.

가공기(16)에서, 결합된 압출기 출력물(24)은 가열되고, 회전하는 가공 요소(72)의 작용을 받는다. 통상적으로 최종 제품 출력물(26)은 약 80℃ 내지 110℃, 보다 바람직하게는 약 85℃ 내지 100℃의 온도를 가져야 한다. 요소(72)는 전형적으로 약 15 rpm 내지 60 rpm, 보다 바람직하게는 약 20 rpm 내지 40 rpm의 율(rate)로 회전된다. 원하는 조리 정도를 달성하기 위해, 증기는 일반적으로 매니폴드 시스템(52)을 통해 배럴(38)로 송출되고, 동시에 중심 증기 튜브(64)를 통해 송출된다. 따라서, 인접한 표면(44 및 62)들이 모두 가열되어 원하는 조리를 수행한다.

가공 요소(72)는 일반적으로 배럴(38)을 통해 재료(24)를 추진시킬 만큼 충분한 압력 또는 원동력을 생성하지는 않는다. 이것은 주로 압출기(14) 때문에 달성되며, 이 압출기는 출력물(24)을 연속적으로 가공기 내로 공급하고 재료를 배럴(38)을 따라 그리고 배럴을 통해 이동시킨다.

하나의 가상의 예에서, 5℃의 온도에서 200부의 신선한 육류는 스크레이핑된 표면 열 교환기(12)에 공급되고 이 열 교환기는 육류 분획의 온도를 40℃로 상승시키는 기능을 한다. 이 육류 분획은 54% 완두콩 가루 및 46% 감자 전분으로 구성된 100부의 건조 재료 분획과 함께 웽거사의 2축 나사 압출기(14)로 송출된다. 이들 재료는 60℃의 압출된 제품 출력물 온도를 달성하기 위해 200 psig로 압출기(14) 내에서 공동 가공된다. 이러한 압출된 제품은 이후 가공기(16)로 전달되고, 이 가공기는, 최종 제품(26)이 90℃의 온도에 있고, 단백질 분획이 본질적으로 완전히 변성되고 전분 분획이 본질적으로 완전히 젤라틴화된, 응집성 스트립 또는 제품 조각 형태로 되도록 압출물을 조리하고 형성하는 것을 완료한다. 이후 최종 제품은 통상적으로 약 10 중량%의 총 수분 함량으로 건조된다. 최종 제품은 건량 기준으로 40 중량%의 육류, 32 중량%의 완두콩 가루, 및 28 중량%의 감자 전분을 포함하고, 습량 기준으로 25 중량%의 단백질, 17.6 중량%의 지방, 45.6 중량%의 전분/섬유, 및 10 중량%의 물을 포함한다. 원하는 경우, 예를 들어, 제품을 적절한 크기로 하는 것이나 또는 외측 표면에 지방을 도포하는 것과 같은 최종 제품을 더 추가적으로 하류에서 가공하는 것이 수행될 수 있다.

도 5 내지 도 9의 실시예

도 5 내지 도 9는 시스템(10)과 매우 유사한 다른 시스템(96)을 도시한다. 제2 실시예의 주된 차이점은 가공기(16a)에 존재하며, 이 가공기(16a)는 가공 요소(98)의 출력 단부에 외주 다이(100)와 함께, 상이하게 구성된 가공 요소(98), 및 동력이 공급되는 회전 가능한 절단 조립체(102)를 포함한다. 시스템(96)의 많은 구성 요소들이 시스템(10)의 구성 요소와 동일하기 때문에, 동일한 구성 요소에는 동일 번호를 붙이고 더 이상 설명하지 않는다.

구체적으로, 중심 튜브(60)의 외측 표면(62)과 보어(42)의 내측 표면(44) 사이의 반경방향 거리는 1.82 인치 또는 46.2㎜이다. 따라서, 가공 요소(98)는 더 두꺼운 구조로 되어 있고, 내부에 한 쌍의 나선형 베인(104)을 갖고 이들 베인 사이에는 대응하는 나선형 개구(106)들을 갖는다. 베인(104)들의 피치 길이는 베인(88)들의 피치 길이에 비해 상당히 더 작은 것을 볼 수 있다.

가공기(16a)는 중실 관형 헤드(108)의 형태인 최외측 외주 다이(100)(도 6 및 도 9 참조)를 갖고, 이 다이에는 복수의 다이 개구(110)가 내부에 형성되고 헤드의 두께를 통해 연장된다. 헤드(108)는 가공 요소(98)의 전방 또는 출력 단부를 둘러싸서, 가공되는 재료가 개구(110)들을 통해 반경방향 외측으로 가압되게 한다.

절단 조립체(102)는, 다이(100)를 둘러싸고 구동 기어(114)를 구비하는 축방향으로 회전 가능한 관형 장착부(112)를 포함한다. 원주 방향으로 이격된 일련의 후방으로 연장되는 나이프(116)가 장착부(112)에 부착되어 다이 개구(110) 위로 연장된다. 구동 벨트(120)를 포함하는 구동부(118)가 가공기의 동작 동안 나이프(116)를 회전시키기 위해 구동 기어(114)와 결합된다.

따라서, 압출물이 개구(110)들로부터 나올 때, 압축물은 회전하는 나이프(116)에 의해 절단되는 것으로 이해된다. 이후 이 절단 제품은 전술된 바와 같이 중력에 의해 수집기(92) 내로 떨어진다.

일반적으로, 도 1 내지 도 4의 실시예에서 압출기(14) 및 가공기(16)에 대해 전술된 동작 상태는 도 5 내지 도 9의 제2 실시예에도 또한 적용 가능하다.

도 1 내지 도 4 및 도 5 내지 도 9의 실시예는 본 발명의 현재 바람직한 구현예를 도시한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예들로 국한되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 장비 또는 공정에 다수의 변형이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 이들 실시예는 가공 요소(72)를 회전시키기 위해 한 쌍의 단부에-장착된 구동 조립체를 사용한다. 원하는 경우, 이 가공 요소(72)의 단 하나의 단부만이 구동될 필요가 있다. 또한, 튜브(60)는 바람직한 실시예에서는 고정되어 있다. 이것은, 가공 요소(72)와 튜브(60) 사이에 상대적인 운동이 있는 한, 반드시 그러해야 하는 것은 아니다. 따라서, 튜브(60)는 가공 요소(72)에 비해 상이한 회전 속도로 회전될 수 있고 및/또는 튜브(60)는 가공 요소(72)와 동일한 방향으로 또는 반대 방향으로 회전될 수 있다. 가공기(16 및 16a)의 내측 표면과 외측 표면 사이의 반경방향의 표면-대-표면 치수가 제시되었지만, 이러한 반경방향 거리는 보다 일반적으로 약 5㎜ 내지 75㎜, 보다 바람직하게는 약 10㎜ 내지 50㎜ 범위이다. 물론, 더 작은 거리가 열 전달 관점에서 유리하지만, 더 큰 거리 및 이에 대응하여 더 두꺼운 가공 요소(72)는 가공되는 재료들에 더 큰 혼합 및 교반을 제공할 수 있다.

또한, 가공 요소(72 또는 98)들이 나선형 베인들을 반드시 구비해야 하는 것은 아니다. 즉, 본질적으로 구성의 베인들 또는 스크레이퍼들이 사용될 수 있는데, 예를 들어, 비교적으로 얇은 직선 베인들 또는 반경방향 외측으로 연장되는 블레이드들이 사용될 수 있다. 바람직하게는 본질적으로 일정한 직경을 갖지만 바람직한 가공기 배럴 및 가공 요소는 원하는 경우 테이퍼질 수도 있고, 또는 배럴이 테이퍼지고 가공 요소가 일정한 직경을 가질 수도 있고, 또는 그 반대로 구성될 수도 있다.

Claims (25)

1. 식품 또는 사료 가공 시스템으로서,
   식품 또는 사료 재료를 수용하기 위한 입구 및 출구를 제공하는 세장형 관형 배럴(barrel), 및 상기 배럴 내에 적어도 하나의 세장형 축방향으로 회전 가능한 나선형으로 비행하는 나사를 포함하는 압출기로서, 상기 압출기는 상기 재료를 초기에 가공하고 상기 출구로부터 압출물을 생성하도록 동작가능한, 상기 압출기;
   가공기로서,
   내측 표면, 압출물 입구 및 제품 출력을 제공하는 세장형 관형 가공기 배럴;
   상기 가공기 배럴 내에 있고, 상기 내측 표면에 근접한 외측 표면을 제공하는 세장형 몸체로서, 상기 내측 표면과 상기 외측 표면 사이에는 환형 구역이 존재하는, 상기 세장형 몸체;
   상기 환형 구역 내의 관형 가공 요소; 및
   상기 세장형 몸체에 대해 상기 가공 요소를 회전시키고 상기 내측 표면과 상기 외측 표면으로부터 재료를 스크레이핑(scrape)하기 위해 상기 가공 요소와 동작 가능하게 결합된 구동 조립체를 포함하는, 상기 가공기; 및
   상기 압출기 출구와 상기 압출물 입구를 동작 가능하게 연결하는 도관을 포함하고,
   상기 가공기는 상기 압출물을 더 가열하고 가공하며 상기 제품 출구로부터 최종 제품을 생성하도록 동작가능한, 가공 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 압출기는 2축 나사 압출기인, 가공 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 세장형 몸체는 고정 튜브를 포함하는, 가공 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 가열 구조물은 상기 압출기 배럴과 상기 세장형 몸체를 증기로 가열하기 위한 장치를 포함하는, 가공 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 가공 요소는 길이를 따라 복수의 나선형 베인을 갖고 상기 베인들 사이에는 나선형 개구들을 갖는, 가공 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 구동 조립체는 상기 가공 요소의 대향하는 단부들에 동작 가능하게 연결된 별개의 조정된 구동부들을 포함하는, 가공 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 가공 요소는 상기 가공기 배럴의 단부를 넘어서 연장되어, 상기 최종 제품은 상기 가공기 배럴의 외부에서 상기 가공 요소로부터 중력을 받는, 가공 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 가공 요소는 상기 가공기 배럴의 단부를 넘어서 연장되고, 상기 가공기 배럴의 외부에서 상기 가공 요소를 둘러싸는 외주 다이(peripheral die)가 있고, 상기 다이는 반경방향으로 연장되는 다이 개구들을 제공하여, 상기 최종 제품이 상기 다이 개구들을 통해 가압되는, 가공 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 다이 개구들을 통해 가압되는 상기 최종 제품을 절단하도록 동작 가능한 회전식 절단 조립체를 포함하는 가공 시스템.
10. 제1항에 있어서, 초기에 식품 또는 사료 재료를 가열하기 위한 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기는 상기 압출기 입구와 동작 가능하게 결합된, 가공 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 내측 표면과 상기 외측 표면 사이의 반경방향 거리는 약 5㎜ 내지 75㎜인, 가공 시스템.
12. 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법으로서,
    세장형 관형 배럴과 상기 배럴 내에 적어도 하나의 세장형 축방향으로 회전 가능한 나선형으로 비행하는 나사를 포함하는 압출기를 통해 상기 식품 또는 사료 재료를 송출(directing)하는 단계로서, 상기 압출기는 상기 재료를 초기에 가열하고 가공하며 상기 출구로부터 압출물을 생성하도록 동작 가능한, 상기 식품 또는 사료 재료를 송출하는 단계; 및
    내측 표면을 제공하는 세장형 관형 가공기 배럴, 상기 내측 표면과 외측 표면 사이에 환형 구역을 갖게 상기 외측 표면을 제공하는 상기 가공기 배럴 내의 세장형 몸체, 및 상기 환형 구역 내의 가공 요소를 포함하는 가공기 내로 그리고 상기 가공기를 통해 상기 압출물을 통과시키는 단계를 포함하되,
    상기 통과시키는 단계는 상기 가공기로부터 최종 제품을 생성하기 위해 상기 가공 요소가 상기 내측 표면과 상기 외측 표면을 스크레이핑하게 상기 세장형 몸체에 대해 상기 가공 요소를 회전시키면서 상기 환형 구역을 통해 상기 압출물을 이동시키는 단계를 포함하는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 압출기는 2축 나사 압출기인, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 세장형 몸체는 고정 튜브를 포함하는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
15. 제12항에 있어서, 상기 가열 구조물은 상기 압출기 배럴과 상기 세장형 몸체를 증기로 가열하기 위한 장치를 포함하고, 상기 가열하는 단계는 상기 내측 표면과 상기 외측 표면을 증기로 가열하는 단계를 포함하는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
16. 제12항에 있어서, 상기 가공 요소는 길이를 따라 복수의 나선형 베인을 갖고 상기 베인들 사이에는 나선형 개구들을 갖는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
17. 제12항에 있어서, 상기 가공 요소의 단부들을 회전시킴으로써 상기 가공 요소를 회전시키는 단계를 포함하는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
18. 제12항에 있어서, 상기 가공 요소는 상기 가공기 배럴의 단부를 넘어서 연장되고, 상기 가공기 배럴의 외부에서 상기 가공 요소로부터 중력을 받는 상기 최종 제품을 회수하는 단계를 포함하는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
19. 제12항에 있어서, 상기 가공 요소는 상기 가공기 배럴의 단부를 넘어서 연장되고, 상기 가공 요소로부터 외주 다이를 통해 재료를 가압하고 상기 다이로부터 상기 재료를 절단하는 단계를 포함하는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
20. 제12항에 있어서, 초기에 가열을 위해 식품 또는 사료 재료를 초기에 열 교환기를 통해 통과시키고 나서, 재료를 상기 압출기 내로 통과시키는 단계를 포함하는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
21. 제12항에 있어서, 약 150 psig 내지 250 psig의 압력에서 상기 적어도 하나의 나사를 회전시킴으로써 상기 압출기를 동작시키는 단계를 포함하고, 상기 적어도 하나의 나사의 회전은 약 50 rpm 내지 600 rpm의 율(rate)인, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
22. 제12항에 있어서, 약 5 rpm 내지 60 rpm의 율로 상기 가공 요소를 회전시키는 단계를 포함하는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
23. 제12항에 있어서, 상기 압출기는 상기 재료를 약 50℃ 내지 75℃의 온도로 가열시키도록 동작가능한, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.
24. 제1항에 있어서, 상기 내측 표면과 상기 외측 표면을 가열하도록 동작 가능한 가열 구조물을 포함하는 가공 시스템.
25. 제12항에 있어서, 상기 가공 요소의 회전 동안 상기 내측 표면과 상기 외측 표면을 동시에 가열하는 단계를 포함하는, 식품 또는 사료 재료를 가공하는 방법.

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