KR820000363B1 - 인조육류 제품 생산을 위한 고성능 압출장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

인조육류 제품 생산을 위한 고성능 압출장치

제 1 도는 본 발명에 따른 이중 압출장치의 개략 평면도.

제 2 도는 제1압출기로부터 제2압출기의 유입구측으로 압출물이 중력유동(重力流動)하는 것을 보인 부분확대 정면도.

제 3 도는 제2압출기의 한부분을 구성하는 압출원통과 스크류의 단면도.

제 4 도는 제 3 도에서 압출원통의 제1구간을 보인 것으로 제2압출기의 제1구간을 통하여 제1압출기로 부터 로우프상 압출물의 통로를 보인 부분확대 단면도.

제 5 도는 제 3 도에서 압출기의 제2구간을 보인 것으로, 재료의 폐색부와 구슬상의 구조로 다시 나누는 초기 재구획부를 포함하는 압출재료의 통보를 보인 부분확대 단면도.

제 6 도는 제 3 도에서 압출기의 제3구간을 보인 것으로, 층형(層形) 제품처럼 제2 폐색부에서 이로부터 재조합되고 압출되는 제2압출기의 제3구간을 통한 구슬상 재구획 재료의 통로를 보인 부분확대 단면도.

본 발명은 상업상 비교적 높은 생산성의 필요성에 입각하여 미국특허 제 3,970,761 호에 서술된 형태의 인조육류제품의 생산을 위한 고성능 압출장치에 관한 것으로, 특히 가열되고 유동가능한 식물성단백질 기초물질이 압출기 원통의 단부중간에 형성한 재료의 폐색부, 제1폐색부로 부터 하류측에 형성한 재료의 재구획부, 압출기 원통의 압출단부 인접부근에 형성한 재료의 제조합 및 재폐부와 층형 제품처럼 재료를 압출하는 압출부로 구성된 압출기 원통을 통과하는 장치에 관한 것이다.

미국특허 제 3,970,761호에서는 광범위한 종류의 음식물로서 돼지고기, 쇠고기, 생선 및 가금류의 고기와 같은 육류에 충분히 대응할 수 있는 고밀도이고 균일하게 층이 형성된 식물성 단백질의 인조육류를 제조하는 방법이 제시되었다.이 특허에 서술된 방법은 압출처리 기술을 혁신하였다고 보며, 이로부터 생산되는 제품은 종래 출회된 육류나 다른 방법으로 압출된 제품보다 사용의 다양성 및 유리한 기호성의 점에 서 볼때에 매우 우수하였으며, 이러한 사실에 비추어 서술된 장치와 방법은 미국특허 제3,970,761호에 서술된 형태와 특성의 인조육류의 생산을 최초로 제시하였으며, 상기 특허는 본문의 참고문헌으로 관련이 있는 것이다.

미국특허 제3,970,761호에 서술된 방법은 비교적 낮은 생산량을 가지는 중간 크기의 압출장치를 이용함으로서 수행되었다. 특히, 한쌍의 특별히 고안된 윙거 모델(Wenger Model) X－25 압출기가 관련특허에 사진으로 설명된 제품을 생산할 수 있도록 이들의 실험과 관련하여 사용되었다. 이들 사진에서 본 바와같이, 비교적 소형의 장치를 이용하여 생산된 제품은 종래의 제품보다 우수하였으며 충분히 대용육류로 사용이 가능하였다.

그러나 이러한 비교적 소형의 장치는 대규모 상업적인 가동을 위하여 사용하기에는 비경계적이었으며, 차라리 경제면을 고려한다면 "X－200"으로 윙거 제조회사(Wenger Manufacturing of Sabetha, Kansas)에서 판매되고 있는 대형 압출장치를 사용하는 것이 필요하다. 이러한 현실에 비추어 여러가지의 시도가 대형 장치로 공정과 생산을 배증할 수 있도록 하기 위하여 미국특허 제3,970,761호에 서술되고 청구된 방법으로 최초의 실험과 함께 사용된 중간크기의 장치를 증설하도록 구상되었다.

의외로, 이러한 본래 사용된 소형장치의 증설은 요구된 인조육류제품을 생산하기 위한 고성능장치를 제공하는 문제를 해결치 못한다는 사실이 발견되었다. 최종 압출다이에서 식물성 단백질 재료의 동요와 교란을 일으키는 이러한 증설의 시도는 균일하게 층이 형성되고 꼬이지 않는 인조육류제품을 생산하여야 한다는 점에서 피하여만 한다. 더우기 이러한 증설장치로 생산된 제품은 소형장치로 생산된 제품에서 볼 수 없었던 불완전한 엽상(葉狀)구조를 보이곤 하였다. 이러한 이유에서 요구되는 인조육류를 생산하기 위한 고성능장치를 제공하는 문제가 종래에 제시된 것보다 매우 복잡하게 되었다.

따라서 본 발명의 중요목적은 생산성이 상업적인 대량 생산에 적합하고 최종 압출다이에서 폐색, 동요, 교란 등과 같은 공정상의 문제와 최종 생성물의 불규칙한 엽상구조를 가지는 등의 문제점을 피할 수 있는 것으로 미국특허 제3,970,761호에 서술되고 청구된 형태의 층이 형성되고 꼬이지 않은 만족할만한 인조육류를 생산하기 위한 장치를 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 압출기 원통의 단부중간에 압출기를 통과하는 가열되고 유동가능한 재료의 폐색부를 초기에 형성하고, 제1폐색부의 하류측에 폐색된 재료의 재구획을 허용하여, 층형의 인조육류 제품을 생산할 수 있도록 원할하고 안정된 압출을 위하여 원통의 압출단부를 향한 재료의 재조합을 가능하게 작용하는 다수의 축상 배열형 스크류를 포함하는 미국특허 제3,970,761호에 서술된 방법으로 이용하기 위한 최종압출기의 장치를 제공하는데 있는 것이다.

또한 본 발명은 대두(大豆)분말과 수분으로 구성한 혼합물을 가열하고 가습하기 위한 제1압출기와, 제1압출기로 부터 압출된 압출물을 받아 재료의 초기 폐색, 전체를 통한 재료의 재구획과 균일한 증숙과 가습, 그리고 제품에 효과적인 층형성을 위하여 압출다이의 압출단부에 인접한 연장부를 통한 재료의 재폐색과 통과에 의하여 요구된 최종생성물과 압출작용이 완전히 끝나는 제2압출기로 구성되는 한쌍의 연속된 압출기를 이용하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명을 첨부된 예시도면에서 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1 도및 제 2 도는 본 발명에 따른 이중 압출장치를 보인 것으로 이 장치는 대체로 제1압출기(10), 인접한 제2압출기(12), 회전절단인 조립체(14), 일반적인 제품건조기/냉각기(16)로 구성되는 것이다. 설명한 바와같이 제2압출기(12)는 제1압출기(10)의 출력단부에 인접 위치하며 일반적으로 수직상태로 놓여있다.

압출기(12)의 유입구(18)는 로우프(rope)상 압출물(20)이 압출기(10)로부터 대기공간을 통하여 압출기(12)로 공급될 수 있도록 압출기(10)의 단부하측에 일정한 공간을 두고 배치되는 것이다. 물론, 압출물을 운반하기 위하여 제1 및 제2압출기 사이에 다른 일반적인 형태의 큰베어장치를 설치할 수 있으며, 이러한 배열방향은 다음에 설명하기로 한다.

끝으로, 공지의 콘베이어 구조체(22)가 인조육류제품을 제2압출기(12)로부터 건조기/냉각기(16)로 운반할 수 있도록 제공되는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 도시한 제1압출기(10)는 건조된 합성요소를 투입하기 위하여 압출기의 주동체상에 착설된 재료투입 홈퍼(hopper)(24)를 포함하는 윙거 모델 X－200 압출기이다. 홈퍼(24)의 저면에 유출관(26)이 길다르게 연장하여 고속혼합 실린더(28)에 연결되어 있다.

실린더(23)는 길다란 복수헤드(multiple－head)의 압출원통(30)에 연결되어 있다. 이 경우 압출원통(30)은 이를 통과하는 혼합물의 온도를 조절하기 위하여 필요한 증기, 냉각수, 또는 다른 냉각제와 같은 가열 또는 냉각매개체가 주입될 수 있는 독립된 위요갑체(圍繞匣體)(도시하지 않았음)를 가진 연속축상배열 및 연결된 관상체(管狀體)를 포함한다. 부가적으로 각 헤드에는 유체공급 및 배출도관(도시하지 않았음)이 제공되어 있으며, 원통(30)에는 수분이 이를 통하여 유통하는 혼합물에 직접적으로 가습될 수 있도록 증기 또는 물 유입구가 제공되어 있다. 압출원통(30)의 최종헤드(32a)는 연속성형공(제 2 도참조)을 가진 다이판(34)으로 종단되어 원통(30)의 후단에 보내지는 생성물이 원통에 대하여 축방향으로 그 전단부로부터 압출될 수 있도록 되어있다. 이 경우 네게의 환상배열된 성형공이 제공되었으나 물론 다른 형태의 압출다이를 이용할 수 있다.

원통(30)내에는 비교적 높은 기계적인 전단(專斷), 교반 및 압출하에 제품이 원통을 통하여 이동될 수 있도록 하기 위하여 다수의 나선익을 가진 스크류는 구획된 원통(30)의 길이를 통하여 실재로 연동될 수 있도록 연장한 다수의 축상연결된 스크류 소자로 구성되어 있다. 압출기(10)의 동력은 스크류의 축상회동이 요구된 회전속도로 이루어질 수 있도록 원통의 스크류에 일반적인 방법으로 연결된 대형 전기모우터(36)에 의하여 얻어진다. 또한 압출스크류의 회전속도를 포함하는 압출기(10)의 작업계수의 선택적인 제어와 조절의 목적을 위하여 일반적인 제어수단이 제공되며, 혼합실린더(28)와 압출원통(30)에 공급되는 수분과 같은 열교환매개체가 원통(30)의 외부에 독립적으로 착설한 위요갑체에 공급된다. 이와같이 제1압출기(10)는 미국특허 제 3,970,761 호에 서술된 제1압출기와 유사하다. 이 점에 있어서는 가열되고, 유동가능하고, 실제로 그 본질이 변화될 수 있도록 하기 위하여 대두분말과 수분과 같은 식물성 단백질 재료를 포함하는 혼합물을 예비처리하는 목적이 양 발명의 압출기에 있는 것이다. 따라서 제1압출기는 비교적 소형의 X－25 압출기로부터 대형 X－200 압출기로 직접 증설한 것이라 할수 있는 것이다.

제2압출기(12)는 본 발명의 목적을 위하여 수정한 형태의 대형 용량의 X－200형 윙거압출기와 같은 것이다. 압출기(12)는 이후 설명되는 바와 같이 단부와 단부를 상호연속되게 연결한 길다란 원통(38)을 포함하여, 부가적으로 압출기(12)는 최종 압출다이(42)와 인접 헤드사이에 개재된 길다란 관상연장부 또는 다이 스페이서(die spacer)(40)를 포함하고, 일반적인 구동수단(44)이 스크류의 조절된 회전을 위하여 길다란 스크류에 연결되어 있는 것이다.

제 3 도에서는 원통(38)과 이 내부에 연결된 스크류의 배열상태를 보인 것으로, 제1헤드(46)는 원통(38)의 재료유입구(18)를 형성하는 개방구조체(48)를 포함한다. 헤드(46)의 내벽은 그 전길이(50)가 내향으로 균일하게 테이퍼형으로 경사져 있으며, 헤드(46)주위에 착설한 외측 위요갑체(52)는 증기나 물과 같은 열교환매개체를 주입 순환시킬 수 있는 윤형(輪形) 통로(54)를 형성한다. 제1헤드(46) 내에 배설된 제1스크류(56)는 그 축(58)이 일정한 직경을 가지고, 그 축(58)상에는 나선익(60)이 축(58)의 길이를 통하여 점진적으로 그 공간이 축소되는 가변적인 피치(pitch)길이를 가지는 것이다.

제2헤드(62)는 헤드(46)에 직접 연결되어 있으며, 그 내벽(64)의 직경이 균일하고, 열교환매개체 통로(68)를 형성하는 외부갑체(66)를 포함한다. 헤드(62) 내에 회전가능하게 장설한 제2스크류(70)는 헤드 내에 균일하게 감소하는 자유부피(free volume)를 나타내는 구조이다. 이러한 목적을 위하여 수크류(70)의 축(72)이 스크류(56)에 연접한 그 단부로부터 헤드의 주위내벽면을 향하여 외측방향으로 테이퍼져 있다.

축(72)의 나선익(74)은 이러한 목적을 위하여 축(72)의 길이를 통하여 나선익의 길이가 점점 감소되는 유사형태이다.

스크류(56)와 스크류(70) 사이에는 스팀록크(steam lock) 또는 다이(76)가 개재되어 있는데, 이는 일반적인 형태로서 제2헤드(62)내의 압력생성을 위하여 작용한다. 제3헤드(78), 제4헤드(80) 및 제5헤드(82)는 제2헤드(62)와 동일하므로 이를 각 헤드에 대한 상세한 설명은 약하기로 한다.

헤드(78)내에 장설된 제3스크류(84) 역시 상기 헤드내에서 균일하게 감소하는 자유부피를 보이는 형태로서 스크류(84),(70)는 제2,3헤드의 길이를 따라 균일하게 감소하는 자유부피를 가지도록 설계되어 있다. 스크류(84)의 축(85)은 헤드(78)의 주위내벽을 향하여 외측방향으로 테이퍼 경사져 있으며, 그 축상의 나선익(86) 깊이는 대략 테이퍼진 바와 같다. 역시 중요한 사항은 나선익(74)의 나선각과 나선익(86)의 나선각이 동일하며 이 나선각은 나선익(60)의 나선각보다 크다. 사실상 스크류(70),(84)는 유입구(18)를 통하여 투입된 재료를 원통(38)을 따라 신속히 운반하도록 작용하는 것이다.

제4스크류(88)는 그 주변에 나선익(92)이 배설된 일정한 직경(92)의 원주상 축(92)을 포함하며, 나선익의 나선각은 실제로 나선익(86)의 나선각보다 작다. 더우기 스크류(88)에 형성된 나선익의 일부분에는 절취부(94)가 형성되어 있다. 이 절취부(94)는 스크류(88)의 길이방향으로 스크류(84)로부터 원격한 스크류(88)의 가장자리에 형성되어있다. 다른 스팀록크(96)가 스크류(88)의 전단부에 제공되어 있으며, 이는 스팀록크(76)와 동일한 형태이다.

제5스크류(98)는 그 헤드(82)의 주위 내에 장설된 일정한 자유부피를 가지는 형태로서, 이 목적을 위하여 스크류(98)는 길다란 축(100)과 나선익(92)의 나선각보다 큰 나선각을 가지는 나선익(102)으로 구성된다. 그러나, 헤드(82)내의 자유부피는 헤드(80)내의 자유부피 보다 크며, 이는 명백한 이유로 중요한 것이다.

제6헤드(104)는 헤드(82)의 전단부에 직접 연결되어 있으며 열교환매개체의 통로(110)를 형성하는 위요갑체(108)와 같이 균일하게 감소되게 경사진 내벽(106)을 가진다. 제6스크류(112)는 그 전길이를 통하여 균일한 자유부피를 가지는 형태로서 내측으로 테이퍼 경사진 축(114)과 증가하는 길이를 가지는 나선익(116)으로 구성되어 있다.

제7헤드(118)는 실제로 상기 서술된 헤드들보다 짧으며, 환상의 내측벽(120)과 유체통로(124)를 형성하는 위요갑체(122)를 가지고, 제7스크류(126)는 원주상 축(128)과 나선각이 나선익(116)의 나선각 보다 크게 배치된 나선익(130)을 포함하는 일정부피의 스크류이다.

관상연장부 또는 다이 스페이서(40)는 헤드(118)의 전단부에 직접 연결되었으며, 원활한 환상내측벽(132)을 가진다. 스페이서(40)의 직경은 제7헤드(118)로부터 이에 유통하는 재료가 방해받지 않은 크기로 되어있다. 사실상 스페이서(40)는 압출원통(38)의 제8헤드와 같이 작용하며, 유체교환통로(136)를 형성하는 위요갑체(134)를 포함한다. 다이판(42)은 스크류(126)로부터 원격한 스페이서(40)의 단부상에 착설되어 있고, 다수의 환상배열된 성형공(138)이 천설되어 있으며, 탄두형(彈頭形)구조체(140)의 형태로 된 유동방향 유도수단이 압출될 재료의 층형성을 위하여 다이(42)에 인접한 스페이서(40)에 공급하는 것이다.

비록 압출기(12)의 작용에 필수적인 것은 아니나 제1－7헤드에는 다수의 슬라이브(sleeve)가 형성되어 있고, 제1헤드와 제3－7헤드의 슬리이브에는 다수 길이방향으로 방상상 내측으로 연장한 리브(rib)를 포함하며, 다른 한편으로는 압출원통(38)의 제2헤드에 형성된 슬리이브에는 연속적으로 내향연장한 나선형 리브가 형성되어 있다. 또한 도면에는 도시하지 않았으나, 각 유체의 도관이 압출원통(38)의 각 헤드에 위요형성분리된 열교환유체통로에 연관되어 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이는 온도조절을 위하여 증기 또는 물의 선택적인 주입을 가능하게 히는 것이다. 더우기 써머커플(thermocuple)과 같은 감지장치의 삽입, 또는 압출원통(38)에 직접 증기를 주입하기 위하여 각 헤드를 통하여 삽입구(도시하지 않았음)가 제공되어 있으며, 이러한 수단은 물론 본 발명의 기술분야에 숙련된 자이면 잘 알려진 공지의 사실이다.

실제로 다른 부가물과 함께 식물성 단백질과 수분으로 구성한 혼합물은 요구된 인조육류 제품의 생산을 위하여 주어진 압출기(10),(12)를 통하여 통과한다. 더우기 식물성단백질은 탈지(脫脂) 지방종자 분말 또는 그 농축물, 콩, 소맥, 옥수수, 목화씨, 유체씨, 땅콩, 참께, 해바라기, 녹두의 단백질 또는 그 혼합물로 구성된 것으로부터 수분(증기 또는 물의 형태로)과 함께 취하며, 이러한 혼합물의 수분증량은 약 20%－55%(증기로는 수분 약 30%－50%)이다. 이러한 경우 수분함량은 본래의 수분과 부가한 수분의 총수분함량이다. 특히 혼합물은 탈지 대두분말, 콩가루, 소맥글루테인, 옥수수 글루테인, 탈지목화씨가루, 식물성단백질 농축물, 땅콩가루, 콩농축물, 유체씨가루, 유체씨 농축물, 참께가루, 해바라기씨가루, 녹두가루와 수분의 혼합물 형태로 취하는 것이 좋다.

상기 서술된 장치를 이용하여 공정의 제1단계는 온도범위 약 79.4°－121.1°C(175－250℉)에서 제1압출기의 혼합실린더에 증기 또는 물과 상기 혼합된 건조구성물을 혼합하는 것이다. 이 단계에서 예비 혼합된 재료는 예비된 재료의 가열, 유통 및 변성을 위하여 제1압출기의 원통을 통해 일반적인 방법으로 통과한다. 이는 제1압출기의 독립적인 헤드에 적당한 열교환매개체, 예를들면 물 또는 증기를 공급하므로서 이용될 수 있다. 재료는 약 65.6°－148.9℃(150°－300℉) 증기로는 약 93.3°－135℃(200°－275℉)의 온도, 약 5－150p.s.i.g(증기로는 약 40－80p.s.i.g)의 압력으로 압출되며, 이러한 상태는 환정적인 것이 아니다. 제 2 도에서 보인 바와같이, 제1압출기로부터 압출된 재료는 뜨겁고, 점성이며 포말성이고, 열가소성의 "로우프"(20)와 같은 형태로, 이 압출물은 불필요한 방향성물질을 발산시키기 위해 대기를 통하여 제2압출기(12)의 유입구(18)로 공급된다.

제 4 도－제 6 도는 예비처리된 식물성단백질 곡물을 처리하는 압출기(12)의 작용상태를 보인 것으로, 각 제1, 제2 및 제3구간(제 3 도)에서의 압출물의 물리적인 변화를 보이고 있다.

원통(38)에서 있어나는 압출재료의 변화는, (1)압출원통과 스크류의 기하학적인 구조와, (2) 압출원통내의 온도 및 압력과 같은 작용성에 의하여 일어난다. 적합한 온도와 압력에 대하여서는 이후에 설명될 것이며, 요구된 제품을 생산하기 위한 압출원통과 스크류에 형태로 이들의 작용을 이해할 수 있으리라 믿는다.

또한 압출원통(38)의 구간설정은 본 발명의 목적을 위한 본질적인 전용형태이며, 실제로 이러한 공정은 비록 어느 공정 부분에서 일어나고 있지만 압출원통(38)의 전길이를 통하여 연속적으로 일어나는 공정인 것이다.

어떠하든간에, 로우프상 압출물(20)은 유입구(18)로 이송되고, 제1가변치 스크류(56)에 의하여 제1헤드(46)를 따라 먼저 이동된다. 압출물(20)의 일반적인 나선운동은 압출물이 제2헤드(62)를 통과할 때까지 계속되며, 그 후 제2스크류(70)는 압출물을 전진시킨다. 나선익(74)의 증가된 나선각은 원통(38)을 따라 압출물(20)을 신속하게 이동되게 하므로서 압출물의 조각이나 구획물은 근접하여 최종적으로 치밀하게 되는 것이다.

제 5 도에서는 압출물(20)이 초기 밀접작용이 일어나는 제3헤드(78)를 통과하는 것을 보인 것으로, 제3헤드에서 보인 압출물은 압출물(20)의 길다란 조각이 제3헤드의 전길이를 통하여 불연속적인 상태로 남아있으나 조각의 크기는 감소되어 있다.

절취나선익 스크류(38)를 가진 제4헤드(80)는 압출물 조각을 조합하고 원통(38)내의 제1폐색부(42)를 형성하도록 작용한다. 이러한 연결에서 절취 나선익부분(94)을 가진 나선익(92)의 비교적 작은 나선각은 주로 제4헤드(80)내의 재료를 밀적시키는데 작용하며, 스크류(88)의 절취나선익부분(94)은 제4헤드 내에서 재료의 정체시간을 증가시키도록 작용하는 반면에 재료를 충분히 혼합하고 가열되게 하는 것이다.

밀적된 재료는 제4헤드(80)를 떠나 제5헤드(82)로 진입하여 재료는 비교적 작은 구슬상의 덩어리(144)로 구획되고 전단된다. 이들 덩어리의 크기는 압출원통(82)내에 충격하는 전동작용에 의하여 약 0.16－1.27cm(1/16－1/2인치)의 크기를 가진다. 이 구슬상으로 형성되는 것은 재료가 제5헤드(제4헤드보다 자유부피가 크다)내로 통과할때에 재료의 밀적된 덩어리로부터 증기의 순간적인 통과로 증가된다.

이들 구슬상 재료는 헤드(82)를 통하여 제6헤드(104)내로 보내지며, 제5 및 제6헤드를 지나는 동안 구슬상 재료는 증기하에 완전하고 균일하게 증숙되고 가습된다. 이와같이 증기는 밀적된 재료를 통과하여 제4헤드(80)내로 제1폐색부(142)로부터 제5헤드(82)를 통과하며, 폐쇄된 원통(38)은 이 증기의 탈출을 방지한다.

제6헤드(104), 제7헤드(118)의 폐색부분에서 구슬상 재료(144)는 제7헤드(118)를 채우는 재료(146)의 제2폐색부를 형성하도록 재조합된다. 여기에서 재조합된 재료는 미국특허 제 3,970,761호에서 서술된 방법으로 다이(42)를 통하여 압출되도록 연장부를 통과한다. 상기 특허에서는 최종 압출물에 층형구조의 성형에 대하여 상술되어 있다. 이는 부분적으로 압출전에 환상연장부(40)내에서 재료에 충격을 주는 축산운동에 의하여 일어난다고 믿으며, 제2압출기로부터 압출되는 층형성형된 제품은 일반적으로 결단되고 건조된 다음 냉각되는 것이다.

실제로 원통(38)은 각 열교환매개체 통로에 증기를 주입하므로서 그 전 길이가 가열되며, 이는 원통과 스크류와 함께 재료를 완전히 가열하므로서 상기 서술된 이유로 매우 중요한 재료를 증기 처리하고, 최종생성물은 온도 37.8°－160℃(100°－320℉), 압력 약5－80p.s.i.g로 유리하게 압출되는 것이다.

다음 작동의 가설 또는 이론은 본 발명의 장치에 있어서 요구된 인조육류 제품을 어떻게 높은 생산성을 가지고 생산할 수 있는가 하는 것은 설명하기 위하여 시도되었으나, 발명자는 어떠한 특별한 이론에 속박되는 것을 원치 않으며, 다음과 같이 작용의 가능한 설명만으로 표현됨을 이해할 수 있을 것이다. 비교적 소형의 압출장치를 상업상 있는 장치로 증설함에 문제되는 주요 문제점은 대형 장치내의 식물성 단백질 재료에 열전달이 불충분하게 일어나고 대형장치내에서 압출재료가 불규칙하게 이동되며 불균일하게 가열되고 가습되는 문제점이 수반되는 것이다. 열전달의 문제점은 다음 세가지의 독립된 원인으로부터 일어난다고 본다.

(1) 제품의 매 중량에 대하여 압출기의 길이에 대한 열로서 소비된 기계적인 에너지가 소형장치에서 보다 대형 장치에서 낮게 나타난다

(2) 상업성 있는 장치의 열전달 표면이 소형장치에서보다 매 길이당 넓이가 약 두 배이므로 전자로부터의 제품생산은 세배에 달하며,

(3) 대형장치의 깊은 나선익에서 압출되는 재료의 균일한 가열혼합 및 균등화가 소형장치의 비교적 얇은 나선익의 경우에서 보다 이루어지기가 매우 어렵다는 점이다.

이러한 열전달 문제점을 극복하기 위하여 서술된 제2압출기(12)가 개발된 것이다. 이 장치에서 가장 중요한 관점은 압출원통내에 재료를 초기에 폐색하고, 이폐색부분으로부터 압출기의 하류측에서 재구획하고, 압출직전에 재료를 제조합하는 수단의 설비에 있다고 믿는다. 후자의 연결에서 원통(38)의 제4헤드(80)내에 장설한 스크류(88)는 세가지 기능을 수행할 수 있디고 믿는다. 첫째, 압출원통(38)내의 스크류(88)는 제4헤드(80)내의 재료에 부가적인 열을 보조한다. 이는 재료가 원통의 내측표면에 대하여 압력에 의해 밀접되게 유지되고, 마찰에너지가 제4헤드980)에서는 높으므로 재료의 부가적인 가공이 유도된다는 사실에 의하여 일어난다. 제4헤드에서 재료의 집중적인 가열은 재료내에서 수분이 증발하여 증기가 생성되는 원인이 되는 것이다.

또한 스크류(88)는 가열된 재료를 혼합하고 균질화시키도록 작용한다. 이 스크류의 절취나선익부분(94)은 스크류의 이송 효과를 감소하고, 스크류(88)의 후단에 균일한 기하학적인 구조를 가진 나선익부에 의하여 형성된 재료의 규칙적인 나선상 통로에 재료의 채류부의 형성에 의하여 혼합이 크게 보조된다. 또한 절취나선익의 예리한 단부는 재조합되고 혼합보조되는 새로운 표면의 형성이 이루어지도록 재료를 절단하는 것이다.

끝으로 스크류(88)는 압출기(12)내의 공급비율의 어떠한 잠정적인 변화에도 원활히 수행될 수 있도록 2－3개의 헤드내의 신속한 이송 스크류로서 함께 작동되므로 스크류(88)는 재료의 원활한 유동과 압출기의 압출단부를 향하여 비교적 일정한 비율로 작용한다. 요구된 인조육류제품의 층형성은 일정한 재료의 유통과 중요한 제4스크류의 개량 기능에 따라서 최대로 될 수 있다는 것은 알려진 사실이다.

제4헤드내에서의 밀적되고 폐쇄된 재료는 제5헤드를 통과하는 동안에 재구획된다. 이는 재료가 제5헤드로 진입할 때 재료내의 증기가 신속히 배출되기 때문이라고 믿으며, 이는 많은 독립된 입자 또는 덩어리로 재료가 전달되고 폭발을 일으키게 하는 원인이 되고 이들은 스크류의 상대적인 운동에 의하여 구슬상으로 되게 하는 것이다.

제5헤드내에 위치하는 스크류(98)에는 식물성 단백질 재료에 효과적으로 열을 전달할 수 있는 얇고 비교적 넓은 나선익이 형성되어 있다. 제5헤드 내에서 재료는 제5헤드의 이송용량이 제4헤드의 이송량보다 크므로 원통의 내표면에 대하여 압축되지 않는다. 그리고 이 부분에서의 대부분 부가적인 증숙이 증기의 현존하에 일어난다고 믿는다. 이러한 동일상태가 작은 구슬상의 재료를 균일하게 가열할 수 있도록 제6헤드에서 이중으로 일어난다.

이와 같이 제5 및 제6헤드는 식물성 단백질 재료가 구획된 상태로 이송되는 증기실이라 할 수 있다. 이와 같은 방법으로 구슬상 재료(144)내의 온도와 수분은 균일하게 유지되며, 이는 요구된 인조육류제품의 최종생산성에 유용하다. 식물성 단백질 재료의 온도 및 압력의 균등성은 스페이서(40)를 통하여 유동될 때 재료의 균일한 밀도와 점도를 유지하는데 매우 중요하고 결과적으로 원활한 압출과 균일한 제품이 생산될수 있음은 알려진 사실이다.

제7헤드에서 균일하게 증숙되고 가습된 구슬상 재료는 재조합되어 스페이서(40)를 통하여 다이(42)밖으로 압출된다. 요구된 인조육류제품을 생산하기 위하여 이러한 최종 압출의 상세한 설명은 미국특허 제 3,970,761 호에 기술되어 있으며, 주의점은 이 참고문헌에 있다.

이와같이 본 발명은 생산성이 높은 층형 인조육류제품을 생산하기 위한 고성능 압출장치를 제공하는 것으로, 비록 본 발명이 비교적 대형의 상업적인 장치에 관하여 기술되어 있다 할지라도, 본 발명의 원리는 소형 또는 중간크기의 장치에도 적용할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

다음 실시예는 본 발명의 장치를 이용한 방법을 설명한 것이나 본 발명의 모든 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

[실시예 1]

세가지의 분리된 실험적인 과정이 본 발명의 방법과 같이 도시한 바의 이중 압출장치를 이용한 층형 인조육류제품을 생산하기 위하여 선정되었다.

특히, 제1압출기는 일반적인 형태로서, 유입구, 수평공급기, 그리고 이중혼합 실린더가 제공되었다. 이 압출기는 압출기로 공급되는 대두 기초물질이 효과적인 증숙을 위하여 이들 사이에 스팀록크를 가진 5개의 스크류가 장설되어 있고, 네 개의 1.59cm(5/8인치) 직경의 성형공을 가진 공지의 다이가 최종 스크류의 전단부에 착설되어 있으며, 온도제어 외부갑체가 물 또는 증기의 주입을 위하여 압출기의 각 헤드에 설치되어 있다.

제2압출기의 유입구는 제1압출기로부터 압출물을 공급받기 위하여 제1압출기의 압출단부 하측에 일정한 공간을 두고 착설되어 있다. 7개의 스크류가 장설된 7개의 헤드를 가진 제2압출기는 중공형의 관상연장부를 형성한 제8헤드와 연결되어 있으며, 제1압출기의 스크류와 이 실험에 사용된 다른 구성부분은 상기 서술된 장치와 동일하다.

이 실험과정에서 사용된 건조재료는 1360.5kg(3,000Lb)의 탈지대두분말, 339.6g의 적색 40염료, 136.2g의 아황산수조나트륨과 6.8kg(15Lb)의 레시린(lecithin)으로 구성되었다(공정상 황화합물 대신에 다른 계면 활성제를 사용할 수 있다.)재료는 제1압출기의 혼합실린더에서 증기 및 물과 혼합되었으며, 혼합 가열되고 유통이 가능하며 실제로 변성되도록 압출기의 원통을 통하여 통과되었다. 이 압출물은 다시 제2압출기로 공급되어 미국특허 제 3,970,761 호에 서술된 형태인 인조육류제품을 얻을 수 있도록 제2압출기로 통과시켰다.

공정중에 물은 제1압출기의 제1 및 제2헤드에 형성한 위요갑체를 통하여 주입 순환되었으며, 증기는 제3,4 및 제5헤드 주위의 위요갑체를 통하여 주입 순환되게 하였다. 제1압출기로부터 얻어진 데이타는 다음 표 1과 같다.

[표 1] 제1압출기

주:(1) M.C=혼합실린더

(2) 매시간당 kg(Lb)로 주어진 데이타

(3) 매분당kg(Lb)로 주어진 데이타

제2압출기에서 물은 제1헤드의 위요갑체를 통하여 주입순환되고, 증기는 나머지 6개의 헤드와 원통의 압출단부에 인접한 관상연장부 주위에 주입순환되었다. 제2압출기에서의 세과정은 매우 유사하고 기록된 상태는 제3－제8헤드의 온도가 각각 118.3℃(245℉), 146.1℃(295℉), 157.2°－162.8℃(315°－325℉), 148.9℃(300℉), 140.6℃(285℉)와 129.4℃(265℉)이고, 압출된 제품의 수분함량은 29.6 중량 %제품의 습윤밀도는 775－830gm/9³(8－30Lb/ft³)였다.

이러한 과정에서 생산된 인조육류제품은 매우 균일하고 밀적된 상태에서 실체로 꼬이지 않았으며, 손으로 나눌수 있었고, 층이 불연속적으로 형성되었다. 이러한 인조육류제품은 미국 특허 제 3,970,761 호에 서술된 형태와 특성을 가지고 다른 기호성을 지녔다.

제2압출기의 작동중에 제4헤드에 구멍을 내었고 이로부터 고체 약 80%와 증기 약 20%가 배출되었으며 이와 동일한 실험으로 제5헤드에 구멍을 낸 결과, 이로부터 구슬상의 고체 약20%와 증기 약20%가 배출되었다. 제4헤드에서 기록된 헤드압력은 약 40p.si.g이었는데 이는 제4 및 제7헤드 사이의 대두 기초물질이 증기의 압력으로 완전하고 균일하게 증숙된 비교적 소형의 구슬상의 입자로 최종적으로 분배되었음을 알 수 있다.

작동데이타가 제2압출기에서 기록된 후에, 제2압출기를 부하가 걸린 상태하에서 정지시키고 원통을 개방하였다. 이러한 상태에서 스크류 구간 1－3에는 제3구간에서 로우프상 생성물이 부분적으로 채워진상태로 보였다. 제4의 절취나선익 스크류에는 완전히 채워져 재료의 폐색상태를 보였으며, 제5 및 제6스크류에는 구획된 구슬상의 재료가 부분적으로 채워져 있었고, 제6스크류의 마지막 부분과 제7스크류에는 완전히 채워져 재료의 제2폐색부를 형성하고 있었다. 이러한 재료의 폐색부는 연장부 또는 다이 스페이서(제8헤드)를 통하여 최종압출 다이까지 연장되어 있었다. 그러나 이 최종압출다이 부분에서는 상기 언급된 층형성 현상이 본 발명의 인조육류 제품을 생산할 수 있도록 일어나고 있음이 관찰되었다.

[실시예 2]

다른 몇가지의 실험적인 과정이 본 발명에 따른 이중 압출장치로 선정되었다. 이들 과정에서는 압출장치중 다수 수정된 형태가 주어졌으나, 모든 경우에서나 제2압출기 원통의 길이를 따라서 중간부분에 폐색부를 형성하기 위하여 절취나선익 스크류가 사용되었으며 다른 스크류는 초기 폐색후 재폐색한 다음 압출될 수 있도록 재료를 재구획하는 형태였다. 다시 제1압출기가 식물성 단백질 기초물질을 가열하고 유동될 수 있도록 하며, 실제로 변성될 수 있도록 사용되었다. 모든 재료에 관한 이들 과정에 사용된 장치가 상기 서술된 형태로 사용되었다.

이들 실험 과정으로부터 생산된 제품은 일반적으로 미국특허 제 3,970,761 호에 서술된 형태로서 특히 제품은 밀도가 짙고, 손으로 분리 가능하며, 불연속적이고 꼬이지 않은 층의 형성을 보이고 있었다.

이중 압출장치를 통하여 공급된 건조된 재료는 실시예 1에서 서술된 바와 같으며, 물 또는 증기형태의 수분이 제1압출기 및 제2압출기 원통내의 혼합실린더에 공급되었다. 더우기 제2압출기의 유입구는 제1압출기 다이의 하측에 일정한 공간을 두고 배치되었으며, 제1압출기 다이로부터 압출되는 압출물은 제2압출기로 대기의 중력영향하에서 공급되었다.

표 Ⅱ,Ⅲ의 데이타는 이들 실험 과정에서 측정된 것이다. 제2압출기에서 물은 제1헤드의 주위로 순환되었고, 증기는 제2－제6헤드의 주위로 각각 순환되었다. 제7 및 제8헤드에는 실제로 일정한 온도를 유지할 수 있도록 공지의 방법으로 온도가 자동적으로 조절되도록 되었다. 이 조절은 제7 및 제8헤드 주위의 위요갑체에 순환되는 증거 또는 물의 선택적인 주입과 관계되었다.

제4실험 과정에서는 제2압출기의 최종 압출다이에서 어떠한 파동과 교란이 있었음을 보이고 있으며 이는 이 실험과정에서 매 분망 약 16.33kg(36Lb)그 생산비율이 나타난 것을 보이고 있다. 나머지 제5－제7의 실험 과정에서는 그 생산비율이 낮아졌으며, 이 결과로 작동상태가 매우 안정되었고, 제품에 균일한 층이 형성되고 밀도가 있었다.

상기 실시예들은 본 발명이 다양한 작동의 조건하에서도 효과적으로 사용될 수 있음을 보인 것으로, 실제로 본 발명의 원리가 준수되는 한 거의 제한없이 사용될 수 있으리라 믿는다.

[표 Ⅱ] 제1압출기

주 : (1)이 모든 경우, 물은 제1헤드와 제2헤드 주위에 순환되고 증기는 제3,4 및 제5헤드 주위에 순환된다.

(2) M.C=혼합실린더 : 매시간당 kg(Lb)의 데이타

(3) CC/초의 데이타

[표 Ⅲ] 제2압출기

주 : (1) 매시간당 kg(Lb)로 주어진 데이타

(2) 매분당 kg(Lb)로 주어진 데이타

본 발명의 실시태양은 다음과 같다.

1. 제2구간에 재료의 정체시간을 증가시키고 이에 의하여 제1폐색부를 형성하도록 작용하는 절취나선익 스크류를 포함하는 청구범위에 따르는 압출장치

2. 부가적인 나선익 수단과 연합가능한 위요원통부에 제1폐색부가 형성된 원통 내의 자유부피에 비견되는 증가된 자유부피의 영역을 형성하는 청구범위에 따르는 장치

3. 제3구간이 원통의 부분에 보상적으로 테이퍼형으로 경사진 길이방향의 테이퍼형 스크류를 포함하는 청구범위에 따르는 장치

4. 유입구와 압출다이로부터 원격한 원통의 단부사이에 길이방향으로 연장된 연장부가 개재되는 청구범위에 따르는 장치

5. 다이가 재료의 길이방향 압출을 위한 다수의 성형공을 향하여 재료를 연장부측으로 향하게 배치된 유도방향수단을 포함하는 상기 제 4 항에 따르는 장치

6. 재료가 원통을 지날때에 재료의 온도를 변화시키기 위한 수단을 포함하는 청구범위에 따르는 장치

7. 온도변화수단이 원통의 각 주연부에 형성한 위요갑체로 구성되고 온도변화 매개체가 주입순환되도록 구성되는 장치

8. 스크류가 단부와 단부를 연결한 다수의 스크류소자를 포함하고 스크류소자의 인접 사이에 적어도 하나의 스팀록크가 개재되는 청구범위에 따르는 장치

9. 식물성단백질과 수분으로 구성된 혼합물을 공급받아 재료를 가열하고 가습하여 실제로 변성되게 하기 위한 제1압출기와 일측단 인접부근에 재료유입구를 가지고 제1압출기로부터 압출된 압출물을 공급받기 위한 길다란 관상원통을 가지는 제2압출기와 유입구로부터 다이를 통하여 압출되기 위한 재료의 이송을 위해 원통내에 장설된 길다란 측상회전가능한 스크류로 구성되고, 스크류는 길이방향으로 배열된 제1, 제2 및 제3구간을 포함하고, 제1스크류 구간은 유입구로부터 원통을 따라 제2스크류간으로 재료를 이송하기위한 제1나선익 수단을 가지며, 제2구간은 제1구간으로부터 이송된 재료를 밀적하기 위하여 원통내의 제1폐색부를 형성하기 위한 제3나선익 수단을 가지고, 원통의 인접위요부분과 연합가능하므로 제3구간을 향하여 이동하는 동안에 밀적된 재료를 재구획 가능하게 하는 부가적인 나선의 수단을 가지며, 제3구간은 구획된 재료를 실제로 재조합하고 원통내에 재료의 제2폐색부를 형성하기 위한 제3나선익 수단을 가지는 이중 압출장치

10. 원통의 유입구가 압출된 재료로부터 불필요한 방향성 요소를 발산시키기 위하여 유입구로 공급되기전에 압출된 재료가 대기를 통하여 공급될 수 있도록 제1압출기의 유출구와 일정한 공간을 두고배치되는 상기 제 9 항에 따르는 장치

11. 제2구간에서 재료의 정체시간을 증가시키기 위하여 제1폐색부를 형성하도록 작용하는 절취나선익스크류를 포함하는 상기 제 9 항에 따르는 장치

12. 부가적인 나선익 수단이 연합가능한 위요원통 부분과 함께 제1폐색부가 형성된 부분에 원통내의 자유부피에 비견되는 증가된 자유부피부분을 형성하는 상기 제 9 항에 따르는 장치

13. 유입구로부터 원격한원통의 단부와 압출다이 사이에 개재된 길이 방향으로 연장한 관상연장부를 포함하는 상기 제 9 항에 따르는 장치

Claims (1)

1. 식물성 단백질 및 수분을 함유하는 혼합물로부터 인조육류 제품을 생산하기 위한 고성능 압출방치로서, 그 장치는 한쪽 끝부분에 인접되어 있는 재료유입구와 다른쪽 끝부분에 인접되어 있는 압출다이를 가지고 있는 길다란 원통과 상기 재료를 유입구로부터 상기 다이쪽으로 이동시켜 주고 그 다이를 통하여 압출하기 위하여 상기 원통내에 위치하여 종축을 중심으로 회전하는 길다란 스크류가 장치되어 있고, 그 스크류는 종으로 연결된 제1, 제2 및 제3스크류구간으로 이루어져 있고 상기 제1스크류간의 상기 재료를 유입구로부터 상기 원통내를 따라 제2스크류 부분으로 이동시켜 주기위한 제1나선익 장치를 가지고 있고 상기 제2스크류구간은 제1스크류구간으로부터 받은 재료를 밀적시켜 원통 내에서 제1폐색부(압출재료)를 형성하기 위한 제2나선익 장치를 가지고 있으며, 상기 제2스크류 부분은 상기 원통내의 인접한 위요부분과 상호작용하는 추가적인 나선익장치가 있어서 상기의 폐색(압출)된 재료를 앞쪽의 제3스크류구간으로 이동시키는 동안 그 재료를 잘게 썰어주게 되어 있으며, 상기 제3스크류 구간은 세분된 재료를 제조합시키고 원통내에서 제2폐색부(압출재료)를 형성시키기 위한 제3나선익장치를 가지고 있는 인조육류제품을 생산하기 위한 고성능 압출장치.

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