PRODUCTOS ALIMENTICIOS TRI-DIMENSIONALES DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general a productos alimenticios, y más particularmente a métodos y técnicas para formar productos alimenticios 3-dimensionales, tales como productos alimenticios de cereal. Se utilizan varias técnicas para preparar productos alimenticios tales como cereal. Por ejemplo, puede utilizarse extrusión por expansión directa convencional para formar piezas de cereal. A modo de ilustración, la extrusión de expansión directa implica la cocción y formación de pasta de cereales en un extrusor. La pasta de cereales cocinada se extrae entonces a partir del extrusor a través de una matriz, creando una pasta alargada o en forma de hilo que tiene una sección transversal 2-dimensional definida por la matriz. Cortando la pasta en forma de hilo las piezas 3-dimensionales pueden formarse. El espesor de las piezas puede controlarse por la velocidad a la cual el hilo se corta en piezas. Una desventaja al utilizar técnicas de extrusión por expansión directa convencional para elaborar cereal, por ejemplo, es la imposibilidad para controlar la tercera dimensión de las piezas de cereal más allá de su longitud de corte nominal. Otra desventaja con está técnica por extrusión es que al sobresalir la matriz, el control sobre la expansión de la pastá en todas las direcciones y el abultamiento en la
dirección radial de la pasta pueden dificultarse. Consecuentemente, existe una necesidad para formar productos alimenticios 3-dimensionales, tales como cereal, cuya forma puede controlarse efectivamente. La presente invención se dirige para proporcionar tal proceso para formar un producto alimenticio 3-dimensional . La invención se relaciona a la formación de productos alimenticios 3-dimensionales. Una modalidad de la invención se relaciona a un proceso para formar un producto alimenticio de cereales 3-dimensional. El proceso ejemplar incluye proporcionar una pasta de cereales cocinada que se inyecta en un molde para formar una pieza 3-dimensional de producto alimenticio de cereales. La forma del producto de cereal 3-dimensional se controla por la configuración de las superficies interiores del molde. El molde ejemplar puede ser un molde caliente o un molde frió. El uso de un molde caliente provoca a la pasta en el molde expandirse, formando un producto alimenticio de cereales 3-dimensional expandido. El uso de un molde frió forma un producto alimenticio de cereales 3-dimensional sin expandir. Otras características y ventajas de la invención serán aparentes para aquellos expertos en la técnica en la revisión de la siguiente descripción, reivindicaciones y dibujos detallados en los cuales números similares se utilizan para designar características similares.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra un proceso ejemplar de acuerdo con una modalidad de la invención. La Figura 2 muestra una forma esquemática un extrusor para preparar y cocinar una pasta utilizada para formar un producto alimenticio 3-dimensional; y La Figura 3 muestra un sistema de composición de moldeo por inyección integrado ejemplar para formar un producto alimenticio 3-dimensional de acuerdo con una modalidad de la invención. La presente invención puede manifestarse en muchas formas. La Figura 1 muestra un proceso 100 para formar un producto alimenticio 3-dimensional de acuerdo con una modalidad de la invención. El proceso descrito en la presente puede aplicarse para producir numerosos productos alimenticios, incluyendo sin limitación productos alimenticios de cereal. Con referencia a la Figura 1, en la etapa 110, puede proporcionarse una masa alimenticia a partir de la cual puede formarse un producto alimenticio 3-dimensional. En una modalidad, la masa alimenticia puede comprender una pasta, tal como una pasta de cereales. La pasta puede cocinarse o no cocinarse. Si la pasta es una pasta de cereales, ésta puede incluir grano de cereales tales como avena, trigo, maiz (maiz) , arroz, cebada, mijo, sorgo (grano de sorgo) , centeno, triticale, tef, arroz silvestre,
escanda, alforfón, amaranto, quinoa, kaniwa, cresta de gallo o una combinación de los mismos. En una modalidad, la pasta de cereales puede comprender un contenido elevado de grasa. En otra modalidad, la pasta de cereales puede comprender avena entera. La pasta de cereales puede formarse a partir de una premezcla que incluye harina de cereales. Otros tipos de granos o premezcla pueden utilizarse también. La harina de premezcla puede formarse a partir de grano molido, el cual puede ser además de grano entero o refinado o una combinación del mismo. Como se entiende, para formar la pasta, la harina se mezcla con liquido, tal como agua. Otros líquidos, por ejemplo, jugos de frutas pueden utilizarse también. La pasta, en una modalidad, puede contener al menos 50% en peso de harina y 30-35% en peso de líquido del peso total de la pasta. En una modalidad, la pasta puede comprender aproximadamente 55 a 70% en peso de harina y aproximadamente 25-40% en peso de líquido. En aún otra modalidad, la pasta puede comprender aproximadamente 60% en peso de harina y 35% en peso de líquido. Como se entiende también, pueden agregarse ingredientes adicionales a la pasta para propósitos de nutrición así como saborizante. Por ejemplo, pueden agregarse hasta 20% en peso de azúcar o edulcorante, hasta 2% en peso de sal así como vitaminas y minerales. Se debe entender que pueden agregarse otros porcentajes integradores
y pueden utilizares otros ingredientes, dependiendo de la textura deseada, materiales utilizados y sabor. Si la pasta es una pasta cocinada, la pasta se cocinará normalmente a un intervalo de temperatura de 115.5 a 137.7°C (240 a 280°F), aunque la pasta puede cocinarse a otras temperaturas. Se debe entender sin embargo que los parámetros de cocción, tales como tiempo, temperatura y presión pueden variar dependiendo de la aplicación, por ejemplo, los tipos de ingredientes utilizados, la masa del producto y el producto final deseado. La cocción de la pasta gelatinizará el almidón en el cereal, transformando la pasta en un material viscoelástico . Pueden utilizarse varias técnicas para preparar y cocinar la pasta. Por ejemplo, la pasta puede prepararse y cocinarse utilizando un procesamiento por lotes. Alternativamente, la pasta puede prepararse y cocinarse en un extrusor. Puede utilizarse un extrusor individual o extrusores separados para preparar y cocinar la pasta. El uso de un mezclador para preparar la pasta y un extrusor para cocinar la pasta puede utilizarse también. En una modalidad de la invención, la pasta puede prepararse y cocinarse en un extrusor. Varios tipos de extrusores pueden utilizarse. Por ejemplo, el extrusor puede incluir ventilación para permitir el enfriamiento evaporatorio para el control de la humedad y la temperatura
final de la pasta. Puede utilizarse también el empleo de extrusores separados los cuales se configuran en serie para formar y cocinar la pasta para propósitos de ventilación. En general, los parámetros de tiempo, temperatura y presión del proceso de cocción variarán para adaptar una aplicación particular, dependiendo de los tipos de ingredientes utilizados, la masa del producto, y el producto final deseado . Con referencia a la Figura 2, se ilustra una descripción esquemática de un extrusor 200 que puede utilizarse para preparar y cocinar la pasta de acuerdo con una modalidad de la invención. Como se muestra, el extrusor 200 puede comprender un barril o estructura 250 tubular que tiene extremos 270 y 280 ascendente y descendente, respectivamente. El extrusor puede incluir varias zonas funcionales. Por ejemplo, el extrusor puede incluir una zona 264 de mezclado en el extremo 270 ascendente seguido por una zona 266 de calentamiento o cocción seguida por una zona 268 de cocción. La masa alimenticia se mueve a partir de la entrada del extrusor a la salida del extrusor desde una zona contigua a otra zona dentro del barril 250. Lo siguiente describe la operación de un extrusor, tal como el extrusor 200. Durante la operación, las hélices del extrusor se hacen girar continuamente. La premezcla puede alimentarse en la zona 264 de mezclado a través del
alimentador 261 ubicado en el extremo 270 ascendente del extrusor 200. La humedad puede agregarse a la premezcla en la zona 264 de mezclado. La humedad puede agregarse en la formad de vapor o agua. La inyección directa de agua u otros tipos de líquidos dentro de la zona de mezclado pueden emplearse. Cuando la hélice gira, la premezcla y la humedad se mezclan en la zona 264 de mezclado para formar la pasta. Otros ingredientes, tales como saborizantes, vitaminas, minerales, colorantes y fibras pueden agregarse también en esta etapa para conseguir el sabor, textura y características nutricionales deseadas. La pasta se pasa entonces en la zona 266 de calentamiento para cocción. El calor aplicado puede generarse utilizando varias técnicas, tales como fricción, agua caliente, vapor, transferencia térmica o una combinación de los mismos. La humedad o líquido pueden agregarse a la pasta durante la cocción. La humedad o líquido agregados al proceso pueden medirse y controlarse para conseguir por ejemplo, la viscosidad deseada de la pasta. La pasta cocinada se descarga entonces a partir del extrusor 200. Si es necesario, una zona 268 de enfriamiento puede proporcionarse para ajusfar la temperatura de la pasta antes de descargarla desde el extrusor 200. Con referencia de nuevo a la Figura 1, la pasta puede inyectarse dentro de un molde en la etapa 130. La
presión empleada debe adecuarse para inyectar la pasta en el molde. La presión empleada puede depender de la viscosidad de la pasta - contenido de humedad de pasta más elevada y/o temperatura de pasta más elevada puede provocar que la pasta sea menos viscosa, permitiendo el uso de presiones inferiores. Inversamente el contenido de humedad de pasta inferior y/o la temperatura de pasta inferior puede resultar en la pasta que es más viscosa, la cual puede requerir presiones más elevadas a las que se utilizan. En una modalidad de la invención, el molde puede comprender un molde 131 caliente. El uso de un molde 131 caliente provoca a la pasta expandirse en el molde, formando un producto alimenticio 3-dimensional expandido. La temperatura y la humedad del molde pueden afectar la expansión y la textura del producto alimenticio. Por ejemplo, entre más elevada la temperatura, mayor la expansión a partir del vapor generado cuando la presión cae. En una modalidad ejemplar, la temperatura de la pasta en el molde 131 caliente puede estar arriba de 115.5 a 148.8°C (240 a 300°F) . Se debe entender que el contenido de humedad de la pasta estipula el tamaño del producto alimenticio creado durante la expansión. En una modalidad alternativa de la invención, la pasta puede inyectarse dentro de un molde 135 frió. El uso de un molde frió forma un producto alimenticio 3-dimensional sin expandir. En una modalidad, la temperatura de la pasta en el
molde 135 frío puede estar debajo de la temperatura de ebullición del agua. En una modalidad ejemplar de la invención, la pasta en el molde 135 frió puede estar arriba de 87.7 a 96.1°C (190 a 205°F). Tanto con el molde caliente como el molde frió, el producto alimenticio formado, tal como cereal, puede definir cualquiera de las numerosas configuraciones 3-dimensionales dependiendo de la forma y configuración interior del molde. Por ejemplo, el molde puede definir contornos interiores, bordes, superficies u otras configuraciones que crearían una forma 3-dimensional que tiene una superficie texturizada para el producto alimenticio. En una modalidad, el proceso para formar el producto alimenticio 3-dimensional puede realizarse en un sistema integrado, tal como un mezclador de moldeo por inyección. Muchos posibles mezcladores de moldeo por inyección pueden utilizarse con la invención. Por ejemplo, un mezclador de moldeo por inyección fabricado por Krauss-Maffei puede utilizarse. Se debe entender que formar el producto alimenticio 3-dimensional puede conseguirse utilizando sistemas no integrados, es decir, sistemas que utilizan componentes individuales. La Figura 3 muestra un sistema 300 de compuesto de moldeo por inyección ejemplar que puede utilizarse con la invención para formar productos alimenticios 3-dimensionales.
Aunque muchos posibles mezcladores de moldeo por inyección pueden utilizarse con los principios de la invención, una unidad de compuesto de moldeo por inyección ejemplar se describe en, por ejemplo, la Patente Norteamericana No. 6,854,968. Como se muestra en la Figura 3, el sistema 300 puede comprender una unidad 315 de extrusión acoplada a una unidad 390 de moldeo por inyección. La unidad 315 de extrusión por inyección puede incluir un extrusor. En una modalidad, el extrusor puede comprender un barril 350 con extremos 370 y 380 ascendente y descendente, respectivamente. Una o más hélices 358 pueden ubicarse dentro del barril 350 y pueden hacerse girar por una estación 355 impulsora. Al menos un alimentador 368 puede proporcionarse en el extremo 370 ascendente del barril. Uno o más alimentadores adicionales pueden proporcionarse hacia el extremo 380 descendente del barril 350. Un alimentador 368 de sólidos secos puede acoplarse al extrusor mediante la canaleta 361 alimentadora para suministrar ingredientes al extrusor. Un depósito 385 puede acoplarse al extrusor y más específicamente al extremo 380 descendente del barril 350 por un conducto 381 de depósito. El volumen del depósito puede controlarse por un controlador 386 de depósito. El controlador 386 puede incluir por ejemplo, prensas hidráulicas gemelas las cuales controlan la posición de un
émbolo para determinar el volumen del depósito 385. Una válvula 388 de control de presión puede proporcionarse también en el conducto 381. La válvula 388 de control de presión puede utilizarse para controlar la presión en el depósito 385 y la unidad 315 de extrusión. Por ejemplo, si la presión es demasiado elevada en la unidad 315 de extrusión, la válvula 388 de control de presión puede abrirse para reducir la presión en la unidad 315 de extrusión. La unidad 315 de extrusión puede acoplarse a la unidad 390 de moldeo por inyección por un conducto 391 de inyección. El conducto 391 puede acoplarse al depósito 385 de la unidad de extrusión en un extremo mientras el otro extremo puede acoplarse a una cámara 392 de fusión de la unidad 390 de moldeo por inyección. Una válvula 398 de desconexión de cámara de fusión puede proporcionarse en el conducto 391 de inyección para controlar el llenado de la cámara de fusión con el material de procesamiento, tal como pasta. Una válvula 396 de control de moldeo puede proporcionarse en el extremo de salida de la unidad de moldeo por inyección para controlar el material suministrado a un molde 330 ejemplar. Como se describe anteriormente, el molde 330 puede definir un molde caliente o un molde frió, o posiblemente una combinación de ambos, y puede definir numerosas configuraciones de molde que dependen de la forma del producto alimenticio 3-dimensional deseado. Se debe entender por lo tanto que el molde 330
ejemplar es simplemente ilustrativo de numerosos posibles moldes o configuraciones de molde. Las diversas válvulas y componentes descritos anteriormente, pueden controlarse por un sistema de control para conseguir los parámetros de procesamiento deseados. En operación, los ingredientes se depositan dentro de la unidad de extrusión a través de la canaleta 361 alimentadora mediante el alimentador 368. En una modalidad, la harina de cereales puede alimentarse en la unidad de extrusión. Otros ingredientes de polvo seco, tales como almidones y fibras, por citar unos pocos, pueden agregarse a la unidad de extrusión mediante alimentadores adicionales a través de la canaleta 361 alimentadora. El agua, asi como otros líquidos tales como saborizante, colorante y aceite pueden agregarse mediante una bomba a través de un puerto de inyección ubicado inmediatamente descendente de la canaleta 361 alimentadora. Además, algunos o todos los ingredientes adicionales pueden agregarse subsecuentemente a través de un alimentador adicional proporcionado hacia el extremo 380 descendente del barril 350. Por ejemplo, los ingredientes los cuales son sensibles a la temperatura pueden agregarse en el alimentador adicional, el cual se une más cerca del extremo 380 descendente del barril 350. La harina de cereales que puede incluir avena entera, por ejemplo, y la humedad y otros ingredientes
colocados en el barril 350 del extrusor pueden mezclarse juntos. Las hélices 358 en esta zona se diseñan para mezclar la harina, la humedad e ingredientes juntos, formando una mezcla de harina húmeda en el barril 350. La mezcla de harina húmeda, por ejemplo, puede comprender en una modalidad ejemplar, al menos aproximadamente 50% en peso de avena entera y aproximadamente 30-35% en peso de agua. La mezcla de harina húmeda puede transformarse entonces en una pasta cocinada por la adición de calor en el extrusor. La pasta cocinada puede descargarse desde el extremo 380 de barril y puede llenar el depósito 385 a través del conducto 381 de depósito. El depósito 385 almacena temporalmente la pasta. Ya que el extrusor descarga continuamente la pasta, el volumen del depósito puede ajustarse por consiguiente. La válvula 388 de control de presión puede controlarse para asegurar que la presión dentro de la unidad 315 de extrusión está en el nivel deseado. El nivel de presión, por ejemplo, puede mantenerse en aproximadamente 750-1000 psi. Otras presiones pueden mantenerse también, dependiendo de la aplicación. El flujo de pasta desde el depósito 385 a la cámara 392 de fusión de la unidad 390 de inyección mediante el conducto 391 de cámara de fusión puede controlarse por la válvula 398 de desconexión de cámara de fusión. Por ejemplo, cuando la cámara 392 de fusión se llena al nivel deseado, la
válvula 398 de desconexión se cierra, evitando que la pasta adicional entre a la cámara 392. Una vez que la cámara 392 de fusión, la pasta puede inyectarse en el molde 330 ejemplar al abrir la válvula 396 de molde. La inyección puede lograrse por un pistón 395 de inyección el cual empuja la pasta a partir de la cámara 392 de fusión más allá de la válvula 396 y dentro del molde 330. Una vez que la pasta se inyecta en el molde 330, el molde 330 formará un producto alimenticio 3-dimensional, tal como una pieza de cereal. La cantidad de pasta que entra al molde 330 puede controlarse por la duración de que la válvula 396 de molde queda abierta. Como tal, la forma del producto alimenticio 3-dimensional puede controlarse precisamente por las superficies interiores del molde 330 asi como la válvula de molde, al contrario de los procesos de extrusión y de corte convencionales. Además, dependiendo de si el molde 330 está caliente o frió, el producto alimenticio puede expandirse o sin expandirse. Se debe entender que el molde 330 puede diseñarse y configurarse para formar un producto alimenticio sencillo o una pluralidad de productos alimenticios . Como se ilustra, el uso de un sistema integrado el cual combina una extrusión continua con un proceso de inyección semicontinuo puede resultar en el flujo de la pasta que se interrumpe intermitentemente. Interrumpir el flujo
puede provocar que la pasta se endurezca por lo que se incrementa su viscosidad y crea potencialmente atascamientos. Para suavizar el endurecimiento de la pasta, un grano de cereales de contenido elevado de grasa, tal como avena, puede incorporarse en la pasta. El uso de la pasta que tiene un contenido elevado de grasa puede reducir también la fricción en los conductos, permitiendo la inyección a presiones inferiores. Además, con el contenido elevado de grasa, el depósito y las válvulas de presión pueden facilitar la producción de una pasta más homogénea a partir del extrusor, mejorando asi la estabilidad de la pasta. Aunque la invención se ha mostrado y descrito particularmente con referencia a varias modalidades, se reconocerá por aquellos expertos en la técnica que las modificaciones y cambios pueden hacerse a la presente invención sin apartarse del espíritu y alcance de los mismos. El alcance de la invención debe por lo tanto determinarse sin referencia a la descripción anterior, pero con referencia a las reivindicaciones anexas junto con su alcance completo de equivalentes .