用于面团压片和加工的方法

文档序号:440413阅读:901来源:国知局
专利名称:用于面团压片和加工的方法
技术领域
本发明涉及一种用于将面团加工成型为均匀的连续的片的改进方法。更具体地,本发明涉及在高速生产中,对加工设备进行控制以形成具有均匀厚度和均匀成分的面片。
2.背景技术片的一致性在面团压片操作中,有许多变量可能影响已压片的面团和由其生产出的可食用产品的流变学特性,均匀性,一致性,成分和尺寸。面片的一致性特性取决于许多加工条件,这些加工条件包括,但并不限于,成分选择,每种成分的相对量,成分浓度的均匀性,水分含量,压片机辊的间隙尺寸(辊隙尺寸),压片机辊上面团的高度(辊隙面团的高度),由已压片的面团吸收的能量(消耗功),和压片辊的速度。一对或多对压片辊可以在生产面片中使用。每对辊中的每个辊可以以各自的速度转动。
在高速面团生产中,成分混合的均匀性可以明显地影响压片操作。后续加工(例如切割,油炸,包装)和可食用的产品(例如薯片)的最终质量与被精确控制规格的面片特性十分相关。即使规格稍微窄一些的面片都可能导致无效的片切割,片粘附或在油炸锅中,和油炸时或油炸后的不稳定特性。而且,具有不均匀特性的面片可能存在影响油炸产品的口味,质地,外观,质量可变性,和包装重量可变性的明显的问题。面团的均匀性既可以沿着面片的长度通过随着时间的变化来测定,也可以沿着其长度在某一给定位置通过面片的宽度来测定。面团生产和压片加工条件的精确控制需要传送具有一致成分,尺寸和厚度的未加工的预成型片,以生产高质量的最终产品。
精确的控制在连续可堆叠片的加工中特别重要。在典型的马铃薯片产品中,可以允许片的重量,厚度和质量的变化,因为不同特性的片被混合在例如包装袋这种大容器中。但是,可堆叠片必须在尺寸,重量,厚度和质量上十分相同,是因为设定数量的这些片要被包装在管,罐或小罐中。每个小罐必须重量大致均匀,并且必须包含设定数量的片。面片的严格的均匀性在生产可堆叠片中是需要的。
不均匀性甚至在面团成分达到面团压片机前就会出现。在混合器中,由于干成分要与一种或多种湿成分(例如,乳化剂,水)混合,未均匀混合会导致过大的颗粒或一种或多种这种成分的不足量。一种成分的相对浓度通常与其颗粒尺寸有关。通常离开典型湿混合器的颗粒尺寸的明显分布状态是成分未均匀混合的证据。这种未均匀混合导致在面团被切割成预成型片并被烹制后的最终产品中的缺陷。缺陷可能是洞或孔,污点,尺寸缩小的片,具有水泡或气泡的片,或由于成分的这种未均匀混合而形成的非正常重量的片。
在现有技术中的未均匀混合的一个具体的例子是,不同尺寸的面团颗粒离开湿混合器时通常含有明显不同量的乳化剂。图7是显示乳化剂重量百分比浓度变化的箱形图,在混合物离开湿混合器后收集面团颗粒样品,根据现有技术将其通过筛子分成六个尺寸702,704,706,708,710,712。参考图7,左侧的样品具有最大的尺寸702,右侧的样品具有最小的尺寸712。颗粒尺寸显示在横坐标中,并且从左向右减少。乳化剂的重量百分比浓度显示在纵坐标中。参考图7,每组样品的平均值如每个矩形中的水平线714所示。乳化剂颗粒的百分比通常随着颗粒尺寸的减少而增加。
因此,颗粒尺寸的变化导致已压片的面团在成分上的变化。这种变化由于通过面团颗粒传送带传送入面团压片机中的具有不同成分浓度的面团颗粒的不均匀分布而产生。图7显示从图7的最大面团颗粒702开始,在样品中乳化剂成分的可变性。根据现有技术,在该面团颗粒进入压片机前,这些样品取自面团传送带的不同区域。在图6中,取自该面团颗粒传送带的中间,左侧和右侧区域的样品由三个箱形图表示(分别是600,602和604)。每个箱形图由取自每个组的样品的测量值的标准偏差高度的矩形来表示。如果来自每个组的该测量值不落在这个矩形中,该测量值的全部范围表示为在每个矩形顶部和/或底部的一条线。如图6所示,每个矩形的中间线或如图6所示的箱形图是从该面团颗粒传送带的该三个区域中的每个取样的乳化剂的平均值606,608,610。从左侧区域608和右侧区域610取样的平均值几乎相同,大约是16%重量百分比。从该面团颗粒传送带的中间区域取样的平均值606大约是21%重量百分比,并且通过统计,中间区域取样的平均值606与该左例608和右侧610区域的平均值不同。从这三个区域测量的平均值的不同显示出,在面团颗粒真正达到面团压片辊之前,需要沿着面团颗粒传送带的宽度控制乳化剂的全部分布状态。这种需要是为了在面团压片机辊的宽度上,提供面团颗粒的均匀分布,以使在最终面片的宽度上,乳化剂的分布状态更加均匀。同样地,对其它面团成分也存在这种需要。
例如,根据现有技术,根据颗粒尺寸的变化,含水量也有变化。离开湿混合器的较大颗粒通常比较小颗粒具有更高的含水量,这与其具有的乳化剂含量相反。图3显示在离开湿混合器的四批面团302,304,306,308的根据重量百分比的颗粒尺寸分布状态图。样品通过网孔尺寸收集并分离。网孔尺寸以毫米为单位在横坐标上显示,而重量百分比在纵坐标上显示。两批302,304由高速Pavan混合器(型号P-PMP Model 1500,Pavan有限公司,Galliera Veneta,意大利)混合;另两批306,308由Werner-Pfleiderer(WP)混合器(型号ZPM 240/3,Industrielle Backtechnik,Frankfurter Str.17,D-7132Tamm,德国)混合。在这四批302,304,306,308中,有相对较宽的颗粒尺寸的分布状态。
成分分布状态的非均匀性可能当具有不同尺寸的面团颗粒通过压片机被压片时而加大。图5是典型的面团压片机的图。参考图5,面团颗粒502由辊-送入传送带512传送到辊510,514的顶部区域,并且混合的面团成分如片502一样落到在该面团辊510上的面团堆504上。该面团辊510,514转动并且挤压面团颗粒502形成面片522。根据现有技术,从外围区域520切下的片通常具有不同的成分并且其在成分上比从已压片的面团522的中间区域524切下的片随着时间的变化更大。当不同尺寸的颗粒沿着面团压片机的辊510,514移动时,片的缺陷变得更加普遍。当沿着该辊510,514的宽度测量时,最终的面片具有面团成分的非均匀分布状态。


图13显示并概括了在工业上用于改进混合和压片的需要,该图根据沿着压片机辊的宽度上的典型的颗粒分布状态显示出一些典型的成分曲线。参考图13,通常有较多的面团颗粒堆在压片机辊的中间区域1304,从而在该中间区域1304处具有较大面团重量百分比1312。由于在该中间区域1304具有较多的颗粒,面团颗粒被堆得较高,并且在该压片机辊的中间区域1304的最终面片在单位重量或体积下比离开该侧面区域1302,1306的面团具有较多消耗功。
而且,如上所述,当面团被送入一对辊时,较大的颗粒倾向于向该辊的外侧移动。因此,存在于压片机辊的左侧1302和右侧1306的已压片的面团通常比在该中间区域1304的已压片的面团在单位体积或重量上具有较小的含水量1308和较大的乳化剂含量1310。
因此,需要产生一种在离开干和湿面团混合器时,一致的,均匀分布状态的颗粒尺寸。而且,需要混合并通过面团压片机沿着其宽度来使这些具有不同尺寸的颗粒压片均匀,以使该已压片的面团的成分在其全部宽度上以及随着时间的变化上是均匀的。
在高速生产中,如在可堆叠片的生产中,非常需要具有这种改进特性的这种面片。这种面片需要提供均匀重量的最终产品,这些最终产品限定了在每容器中的设定数量的片和每容器中的设定重量的产品。而且,需要更加均匀的面片以确保在产品容器中的产品的一致性。
加工控制在现有技术中,控制仪器,加工方法,和自动控制已经被发展并被使用在影响面片的个体加工条件或变量控制中。例如,Spinelli等(美国专利号4,849,234)描述了通过监控辊速度,张力,和片厚度,并通过改变一个变量-辊速度时,在恒定的质量流量下加工面片的方法,其中该辊的间隙尺寸保持恒定。在Ruhe等(美国专利号5,470,599)中的另一个例子公开一种用于高速生产具有大体均匀厚度的玉米粉圆饼的厚度控制系统。在Ruhe专利中描述的发明测量当该面团离开该辊的片的厚度并调整该辊隙尺寸来产生具有均匀厚度的玉米粉圆饼。
然而,现有技术没有对某些加工变量提供充分自动、精确并同步的控制,这些变量例如,但并不限于,成分送入速度,颗粒尺寸可变性,消耗功,片厚度,乳化剂浓度,含水量,和在该颗粒成型为面片前的颗粒尺寸分布状态。这种改进控制可以生产出满足严格规格的均匀的面片。这种严格规格可以维持可堆叠片的高速生产。该规格可以随着时间的变化,在该面片离开该面团辊时,在面团辊的相对端的给定位置测量,也可以根据在任意给定时间点的面片宽度测量。
详细地,参考图5,一种需要是测量并在辊510,514的宽度上均匀地分布面团颗粒502。这样控制的分布状态的优势是可以使辊隙面团的高度516更均匀。进一步的需要是控制由离开该辊510,514的该面片522吸收的消耗功。还需要随着时间的变化,根据其它加工条件的改变控制辊的速度。还需要自动地控制加工变量以补偿随着时间的变化在送入速度上的变化,以产生具有严格规格的面片。需要对送入速度设定点进行调整,以生产满足严格规格的面片。还需要根据其它加工变量的变化与辊隙尺寸发生关联并控制辊隙尺寸518,这些变量例如,但并不限于,辊速度,送入速度和送入成分。辊隙尺寸518的严格控制在高速生产中特别重要。最后,需要选择面团成分的相对量,这将考虑到加工变量的这种严格控制。
面片厚度可变性根据现有技术的片厚度的可变性妨碍了用于可堆叠片和其它食品产品的面团的一致的和有效的高速生产。图7显示了如图5所示的面片522在其由压片辊510,514压片后的两个剖视图。图7所示的是沿着面片522的宽度,平行于面团辊510,514方向的横剖视图。图7所示的是垂直于面团辊510,514的方向的纵剖视图。面团厚度的不规则变化808部分地代表片与片之间重量上的变化。这种变化可能导致在容积密度和容器重量上所不希望的变化。面团厚度的不规则变化808产生于面团颗粒在成分上,辊隙面团的高度,辊的速度,和其它加工条件的变化。
图7所示的该横向,纵向剖视图显示了在最终面片810上的最终面片厚度528的可变性。通常,最终面片厚度528在面片的中间804的厚度比其边缘806的厚度大,这是因为通常较多的面团颗粒在压片机辊的辊隙的中间区域堆积。由于这种横向可变性使得在容器和容器之间存在重量上的可变性。
因此,需要存在一种在沿着压片机辊宽度的纵向和横向生产均匀厚度的面片的方法。这种方法可以满足这些标准并可以在高速生产环境中使用。
发明概述本发明公开了一种改进的高速面团压片方法,该方法增加了已压片的面团一致性的特性。该方法改进了片的厚度,含水量,消耗功,已压片面团的面团成分的成分均匀性,和在压片机辊隙中的面团高度均匀性的控制。这种改进可用于可堆叠食品产品的高速生产,特别是仅利用一对压片机辊。上述及本发明的其它特点和优点将在下面所述的发明详述中说明。
附图简述本发明的新颖性特征在所附的权利要求书中指出。但是,对本发明本身,以及一种优选的实施方式,及其进一步的目的与优点,通过阅读下面对所举实施例的详细说明并参考附图后可以更好的理解,其中图1是根据本发明的一个实施例的面团压片系统的示意图;图2是根据本发明的一个实施例的传送带的俯视图,该图显示在离开切割机时预成型片通常以行和列排列;图3显示根据重量百分比由网孔尺寸分离的面团颗粒尺寸分布状态的视图,其中从两个不同的混合器中的一个取两个测量值;图4显示根据本发明的面团压片机的侧面立体图;图5显示根据现有技术的面团压片机的侧面立体图;图6显示在面团颗粒进入到压片机之前,在面团传送带的不同区域取得的样品中的乳化剂成分的变化;图7显示根据面团颗粒的不同尺寸的乳化剂成分的变化;
图8a显示根据现有技术的面片的纵向剖视图;图8b显示根据现有技术的面片的横向剖视图;图9显示用现有技术的混合器混合后的面团颗粒的示意图;图10显示根据本发明的一个实施例用Pavan混合器混合后的面团颗粒的示意图;图11显示从六批面团中测定的含水量的平均值和标准差,其中三批在根据本发明的一个实施例中的混合器中被混合,另三批面团在现有技术的混合器中被混合;图12a显示振荡,可移动传送带系统的侧视图,该系统用于在面团离开湿混合器并到达面团压片机前较均匀的在传送带宽度上分布面团;图12b显示如图12a所示的该系统的俯视图;和图13显示根据现有技术在与压片辊的宽度分布面团有关的三条曲线。
参考标号100干混合器102湿混合器104面团压片机106切割机108已压片成型的面团110干成分112乳化剂114水分116再循环面团118混合的干成分120面团颗粒122面片124废料切割机126废料面团颗粒202预成型片204列206行208传送带302,304由Pavan混合器混合的面团颗粒
306,308由WP混合器混合的面团颗粒402面团颗粒404,406面团堆408高度测量元件410,414辊412辊-送入传送带416辊隙面团高度418辊隙尺寸432输出传送带502面团颗粒504面团堆510,514辊512辊-送入传送带516辊隙面团高度518辊隙尺寸520面片外围区域522面片524面片中间区域526辊启动机528最终面片厚度532输出传送带600中间区域乳化剂浓度的箱形图602左侧区域乳化剂浓度的箱形图604右侧区域乳化剂浓度的箱形图606 600的平均值608 602的平均值610 604的平均值702最大面团颗粒704,706,708,710逐渐减少尺寸的面团颗粒712最小的面团颗粒
714箱形图的平均值804面片的中间区域806面片的边缘区域808面团厚度的不规则变化810最终面片900,902,904由WP混合器混合的面团颗粒批1006由Pavan混合器混合的蓬松的面团颗粒1008传送带1102,1104,1106由Pavan混合器混合的面团在含水量上的变化1108,1110,1112由WP混合器混合的面团在含水量上的变化1200面团颗粒1202可移动的传送带的远端1204振荡机1206可移动的传送带1208送入传送带1210平均分布面团颗粒的床1212机械分布系统1214电脑1302压片辊的左侧区域1304压片辊的中间区域1306压片辊的右侧区域1308乳化剂1310含水量1312重量百分比发明详述虽然本发明根据下述优选实施例来描述,但其它实施例也是可以的。在此公开的概念同样也适用于生产包括面团的压片材料的系统中。面团的生产作为优选的实施例用于解释本发明。然而,本发明并不限于在此所描述的控制装置的使用中其它与本发明精神相似的,明显的或相关的装置或方法也可以使用。其它加工仪器,控制方法,或控制元件可以取代或与本发明中使用的装置一起结合使用。在所示出的实施例中,各种物体和位置以适合于说明的比例画出,而不是以其实际材料的比例画出。
面团制作过程对于典型的面团配方,将成分与水混合,产生面筋和其它蛋白质,并在面团中通入空气。混合器被设计成具有实现推,拉,挤和揉面团的功能。压片机同样实现这些混合的功能。在混合或压片后,面团需要被测试,其中面团松弛到了一个点,该点代表由于混合该面团的永久结构改变。面团筋力是面筋和其它生化成分的功能性表达,其取决于某些蛋白质存在的含量,和在混合或压片时的速度和消耗功的量。面团中的蛋白质必须具有粘性和弹性,并且粘弹性的平衡十分关键。最终,烹制面团形成最终产品。
面团压片加工的一个实施例在图1中被示出。参考图1,干成分110和乳化剂112被送入干混合器100中。该混合的干成分118通过湿混合器102,在此水分114被添加到湿混合器102中以形成面团颗粒120。随后,面团颗粒120通过面团压片机104被压成面片122。该面片122通过切割机106,在此该面片122形成例如预成型片的最终成型的面团108。来自切割机106的剩余的已压片的面团116(已知的再循环,再磨碎或敲碎)被循环并与新鲜的面团在湿混合器102中混合。如图2所示的预成型片202离开切割机到达传送带208上。片通常以列204和行206排列。烹制的片在离开油炸锅后并在包装前同样在传送带上这样排列。在一个实施例中,特定数量的烹制片从行204中选择并被包装到容器中。
已压片面团的可变性在例如可堆叠片的食品产品的高速生产中,混合和压片需要特别注意以产生满足严格要求的均匀的面片。需要这样的面片以使每容器中给定的设定数量的最终产品具有均匀的重量,每容器中有设定的堆叠高度,并且每容器中有设定的产品重量。然而,需要更加均匀的面片以使得其在随着时间的变化和沿着面片宽度上保持产品的一致性。
在现有技术中,面片厚度或每单位面积上面团重量的变化相对于目标值的相对大的变化是可接受的。在现有技术中,当该面片厚度较小(例如,厚度小于1毫米)时,该变化较大。但是,在一个生产可堆叠片的高速生产的优选实施例中,片厚度的变化保持在面片厚度的目标值的大约3%以下,并且这种测量的面团重量变化的均方根误差小于或等于大约3%。在一个实施例中,这种随着时间而测量的变化保持在目标值的大约1%以下。在另一个实施例中,随着时间和沿着该面片宽度所测量的面团厚度的变化在目标值的6%。本发明描述的改进可以充分控制多种加工变量,其使得面片的生产满足在高速下厚度的严格变化。该改进同样可以控制其它加工变化,例如,但并不限于,消耗功,相对含水量,和相对乳化剂含量。
传统已知的高速生产的线速度是至少每分钟生产90英尺长的面片。而且,相同的技术可以应用于较快和较慢的不同速度中。高速生产被认为是至少每分钟生产60英尺长的面片。
有许多加工条件或变量可以影响该面片随时间测量的一致性。特定测量值的变化优选的表示为与所需值,目标值或特定测量值的设定值的百分比差。任何这些变量的不充分控制都会导致不可接受的片状材料和最终不需要的产品。在一个优选实施例中,均匀面片的生产通过减少下述加工变量的干扰而实现面团成分的相对量,离开面团混合器的颗粒尺寸分布状态,沿着压片辊的宽度的颗粒分布状态,该已压片的面团的消耗功,面团颗粒中的水分分布状态,面团颗粒中的乳化剂分布状态,将废料面团与新鲜的面团成分混合的均匀性,压片机辊的辊隙之上的面团高度,和压片机辊隙的尺寸。
其它实施例也是可能的。下面的说明将呈现出本发明的详细内容。
面团成分的控制质量控制回路减少了随着时间测量的在成分比例和面团含水量上的变化。在本发明中,变化可以通过与所需要的加工变量的目标值或设定值的百分比公差来测量。变化同样可以根据与平均值的标准公差,和根据均方根误差(RMSE)来测定。在本发明中,RMSE定义为RMSE=(stdev2+(aim-mean)2]]>其中“stdev”是所有所选的样品的标准公差。
在一个实施例中,控制器保持马铃薯片的送入到干混合器中的速度在大约每小时830千克(每小时1830磅),均方根误差为每小时2.85千克(每小时6.3磅)。在一个实施例中,独立控制器保持乳化剂和淀粉和蒸汽送入到干混合器中的速度在大约每小时70千克(每小时154磅),均方根误差为每小时0.49千克(每小时1.08磅)。在一个实施例中,独立控制器保持水送入到湿混合器中的速度在大约每小时355千克(每小时783磅),均方根误差为每小时0.42千克(每小时0.93磅)。第二控制器调整第二水蒸汽的水送入速度在大约每小时50千克(每小时110磅),均方根误差为每小时0.18千克(每小时0.40磅)。这个第二调整控制器测量面团含水量并且保持该面团含水量在35%,均方根误差为0.13%。这些控制器提供面团成分的连续的、严格的控制,从而使得生产的面片满足严格的一致的规格。在另一个实施例中,基于电脑控制的机械装置使得送入面团混合器的其它面团成分的相对量随着时间变化是相对恒定的。
其结果是离开该混合器的面团颗粒的成分随着时间的变化是相对恒定的。在这种控制了单独送入的蒸汽后,该压片加工可变性的主要来源是(1)送入压片机辊的面团颗粒的送入速度,和(2)每个面团成分的固有含水量(例如在马铃薯片中的相对含水量)。面片特性与总含水量十分相关,总含水量是指在该面团中水分与其它成分的比例。干面团成分的含水量可以随时间变化而改变。例如,送入干混合器中的马铃薯片的含水量可以不均匀,其随后影响面团颗粒的总含水量。
在一个实施例中,并参考图1,面团成分在离开干混合器100后进入湿混合器102。在面团颗粒120离开湿混合器102后并在面团颗粒120在面团压片机104中被压片前测量含水量。含水量用红外工程含水量测量仪,型号MM55或710(NDC红外工程美国公司,Irwindale,加州)测量。在另一个实施例中,含水量的变化取决于从面团颗粒或已压片的面团中的取样,并在实验室中进行离线的含水量测量。
通过这样的测量,操作工人调整加入到湿混合器102中相对含水量的控制器的设定值,以保持在最终已压片的面团122中的总含水量是基本恒定的。在含水量改变和检测到这种情况的影响之间存在一个延迟或滞后时间。这种反馈控制使得生产的面片比先前技术所生产的面片具有更加均匀的厚度。
参考图1,在另一个实施例中,水分测量信号被发送到安装在启动机526上的控制器上,其随着时间的变化自动调整加入到混合后的干成分118和在湿混合器102中的废料再循环面团116的水分114的量。水分114可以连续的或分批的加入。参考图4,在其它实施例中,水分测量信号被用作控制其它加工变量,其它变量包括,但并不被限于,辊隙尺寸418,辊隙面团高度416,和消耗功。
颗粒尺寸分布状态离开面团混合器的面团颗粒尺寸的分布状态越均匀,该已压片的面团更可能具有一致的,均匀的成分和其它特性。表1显示了根据重量百分比的面团颗粒尺寸的分布状态。
表1-颗粒尺寸的分布状态
在优选实施例中,面团成分在Pavan高速连续干面粉预混合器中被混合若干秒;通常四至五秒是足够的混合持续时间。这种混合不同于传统的混合,传统的混合时间大约持续1分钟。即使是已混合的面团成分在离开高速混合器时也具有不同尺寸的面团颗粒,随时间而测量的颗粒尺寸的分布状态是相对恒定的。
均匀的,高速的混合产生的面团颗粒被认为是蓬松的,具有每立方英尺大约27磅的容积密度或比由其它面团混合器产生的面团颗粒的典型的每立方英尺大约32磅的容积密度更少的容积密度。
图9显示用Werner-Pfleiderer混合器混合的面团颗粒的三个批次900,902,904。参考图9,忽视滤过筛子的最细的颗粒,其显示的面团颗粒相对大并且不均匀。图10显示在用Pavan混合器混合后的蓬松的面团颗粒1006均匀地分散在传送带1008上。在Pavan混合器中混合的面团颗粒1006在尺寸上更均匀,具有更加不同,蓬松的外观,并具有较小的容积密度。
具有较小容积密度的该面团颗粒容易沿着压片机辊的宽度使面团颗粒的分布状态更平均。这种面团颗粒使得压片机辊以较低的辊隙面团高度进行操作,使得在任意给定时间内堆在辊隙上的面团较少。从而,需要用这种面团颗粒来产生比现有技术的已知可行的颗粒在每单位重量下具有较少消耗功的面片,特别是其仅使用一套辊。当随着时间而测量和沿着该面片宽度测量时,这种蓬松的面团颗粒同样产生具有更加一致的成分组成的面片。这种面团颗粒使得生产的面片满足可堆叠片和其它类似食品产品的高速生产的严格要求。
沿压片机辊的颗粒分配状态在另一个实施例中,参考图12b,机械分布系统1212沿着送入传送带1208更均匀地分布面团颗粒1200。可移动传送带1206传送面团颗粒1200到例如图4中所示的辊-送入传送带412上,其中面团颗粒落在辊的辊隙区域的上面。可移动传送带1206通过振荡机1204物理地从一侧向另一侧振荡,其使得来自湿混合器的面团颗粒1200从可移动传送带1206的远端1202掉落到送入传送带1208上。可移动的或振荡传送带1206可以被垂直绞接并安装在上游的固定物体上。面团颗粒1200沿着送入传送带1208的全部宽度更加均匀地铺开以形成均匀分布面团颗粒1210的床;与现有技术中的已知的颗粒相比,这种颗粒根据尺寸可以被更均匀地分布。因此,面团颗粒沿如图4所示的410,414的压片机辊更加均匀地送入或下落。图12a显示出相对于送入传送带1208的可移动传送带1206。可移动传送带1206和送入传送带1208之间的距离可以选择成以在该送入传送带1208上最大化分布面团颗粒1200。
在另一个实施例中,参考图12b,可移动传送带1206的物理振荡动作由电脑1214控制。电脑1214可以由数字可编程电脑,模拟电路,数字电路,或其任意的组合构成。该电脑-控制振动动作使面团颗粒1200沿着送入传送带1208的宽度分布得更加均匀。
消耗功在一个优选实施例中,仅使用一对压片机辊来生产最终面片。在现有技术中,优选使用几对辊来生产具有所需消耗功的最终面片。然而,通过仅使用一对压片机辊,可以节约许多资金花费。尽管这种替换在生产具有相同给定消耗功的面片上更加困难。类似地,通过仅使用一对辊,随着时间而测量的消耗功更可能变化。通过仅使用一对辊,需要更加严格地控制其它加工变量以实现该相同的消耗功。例如,面团颗粒在由一对压片机辊压片以前必须具有更加均匀的尺寸,并具有更加均匀的乳化剂和含水量。
需要不同的能量来混合具有不同特性的面粉以实现相似的适宜面团质量。包括含水量和乳化剂的其它成分的相对量影响着需要产生给定最终厚度的面片的消耗功的量。
消耗功在考虑所期望的马达和驱动链损失后,可以通过混合器马达功率和面团温度升高值来估计。混合的适宜度和适宜的消耗功可以通过扭矩测量来测定。参考图4,在一个优选实施例中,每单位质量的面团的消耗功由在生产面片期间随时间转动压片机辊410,414所消耗的功率来测量。该功率测量由操作人员记入日志并使用以调整辊隙面团高度416,辊隙尺寸418,或其两者的设定值。
功被定义为随时间所消耗的功的数量。功同时也是在一个距离上施加的力。当在该面团颗粒上的力增加时,更多的能量转移到面团上,并且面团接受更多的消耗功。在面团上的消耗功的数量影响面片的流变学特性和烹制特性。例如,如果消耗功沿着面片宽度是不恒定的,该面团的不同部分将对炸制或脱水的其它方法的使用起反作用。如果特定部分比其它部分由于消耗功的变化而膨胀或收缩程度过大,残缺品更可能产生。
通常,辊隙面团高度越大,则面团颗粒接受的消耗功越多。辊隙面团具有较小的高度,则面团颗粒接受较少的消耗功。同样,所具有的较小的辊隙面团高度允许通过现有技术中使用的技术更严格的控制消耗功。然而,随着该面团颗粒被压片,必须小心以确保足够的面团材料存在于压片机的一对辊的全部宽度中,以使该压片辊在已压片面团的间隙中不缺少面团材料。
形成单位重量的面片所必须的消耗功的量根据辊隙尺寸,辊隙面团高度,辊的速度,预辊制的面团颗粒的相对含水量,和其它面团成分的相对含量而改变。参考图4,消耗功通过改变至少下列加工参数而改变辊的速度,用于转动辊410所需的能量或力,送入辊402的面团的含水量和乳化剂含量,面团送入速度,辊隙尺寸418,辊隙面团高度416,和颗粒尺寸分布状态。消耗功可以在面片离开面团压片机前,在面片的给定位置随着时间的变化而变化。消耗功同样可以沿着该压片机辊的宽度而变化。
消耗功的改变与辊隙面团高度有很大关系。通过保持该辊隙面团高度在一个基本恒定的值,消耗功的值同已知的技术相比可以被更好地控制。通过调整该辊隙面团高度的设定值和该辊的辊隙尺寸的设定值,可以获得面团的每单位重量或体积下的所需的消耗功的量。
由面片吸收的消耗功的量根据该辊隙面团高度沿着该片的宽度变化。如果面团在被压片之前,在面团辊的中间被堆的过高,离开该辊的中间区域的该面团则具有较高的消耗功。较高的消耗功转变成具有不需要特性的最终片产品或次品。从而该面团辊隙高度应该沿着该压片机辊的全部宽度保持一致。
在一个实施例中,由通过一套压片机辊的面片所吸收的总消耗功大约是每磅面团34.8KJ(每千克76.7KJ),均方根误差是每磅面团大约0.34KJ(每千克0.74KJ)。该消耗功优选的在大约每磅面团24至60KJ(每千克52.9和132KJ)之间。然而,优选的实施例保持该消耗功并且把消耗功的变化最小化。在一个实施例中,消耗功的变化随着时间的变化小于或等于目标值的1%,并且随着时间而测量的均方根误差小于或等于每磅0.34KJ(每千克0.74KJ)。在另一个实施例中,随着时间而测量消耗功有6%的变化,并且随着时间而测量的均方根误差为3%。在进一步的实施例中,随着面片宽度的变化而测量的消耗功有6%的变化。
含水量分布状态在一个实施例中,Pavan高速连续湿混合器被使用以更连续的混合水分和其它面团成分。Pavan混合器是优选的,因为在试验中,在从该混合器中随时间取样的面团的含水量几乎没有变化。在一个实施例中,Pavan湿混合器型号P-PMP1500型以反-转轴或转子的方式在800至1300RPM速度之间运行。该速度根据例如离开该混合器,具有所需容积密度和尺寸均匀的面团颗粒的该面团成分而选择。
图11显示在每个批次根据本实施例被混合后,从三个批次的面团1102,1104,1106中取样的样品的水分成分的变化。每个矩形的高度表示一个标准偏差。每个矩形上面和下面的线表示被记录的样品测量的范围。图11同样显示了在每个批次根据现有技术在Werner-Pfleiderer混合器中混合后,从三个批次的面团1108,1110,1112中取样的样品的水分成分的变化。在Pavan混合器中混合的样品1102,1104,1106具有比在WP混合器中混合的样品1108,1110,1112较小的可变性,这就显示出该Pavan混合器在已压片的面团颗粒中提高了含水量的一致性。优选使用该Pavan混合器,因为最终面片和单个最终预成型片的含水量更加一致。
根据相同的实施例,在最大和最小的面团颗粒中的含水量变化有实质上的改进。最大和最小的颗粒分别具有大约35.4%和32.2%的含水量,它们之间的变化为3.2%。通过比较,在Werner-Pfleiderer混合器中混合相同的相对量的成分,其最大和最小颗粒分别具有大约42.2%和30.2%的含水量,它们之间的变化为12%。通过改进混合而减少的变化提高了通过压片加工的面团颗粒的一致性并最终减少了在最终产品中的次品量。在一个实施例中,离开湿面团混合器的面团样品的含水量的变化大约是与一个面团颗粒样品与下一个样品之间的目标值的3%。在一个优选的实施例中,该相同的含水量的变化比随着时间而测量的已压片面团的目标值小大约1%,并且这个含水量随着时间而测量的均方根误差少于或等于大约0.3%。在另一个实施例中,该含水量沿着该面片宽度有3%的变化。
乳化剂分布状态参考现有技术,为获得更加均匀的面片,需要使乳化剂更加均匀的分布在其它面团成分中。通过在高于所有液体乳化剂溶点的温度加热并保持一种或多种液体乳化剂和其它面团成分,离开干混合器的该面团成分处于优选状态,以产生具有更均匀成分的面片。乳化剂的加热使得混合时间缩短。混合时间缩短能够高速生产并能够有效生产用于压片的有足够数量的面团颗粒。在一个优选实施例中,在混合轴上的桨和圆柱翅片的结合产生了最佳的面团成分混合。
在本发明的另一个实施例中,相对乳化剂含量的测量取自该已压片的面团。随后,一个信号产生并被送到启动机以调整混合器中加入到的其它面团成分中的乳化剂的相对含量。通过提供乳化剂的连续的,自动反馈控制,所得到的乳化剂相对含量的变化较少。在一个实施例中,乳化剂在已压片面团中的变化保持在随着时间而测量的目标值的10%以内,并且保持随着时间而测量的均方根误差小于大约4%。在另一个实施例中,沿着该面片宽度测量的该乳化剂含量的变化小于或等于大约10%。当在面团配方中的乳化剂总体相对含量减少时,在相对低值时,要保持乳化剂的可变性就变得更加困难。
废料的均匀混合参考图1,在一个实施例中,再循环面团116补偿大约30%来自切割机106的已压片面团122。再循环面团116是面片被切割成均匀形状后剩余的材料。再循环面团116在被传送前由废料切割机124首先切碎,并且废料面团颗粒126被添加到湿面团混合器102里的新鲜面团成分114,118中。再循环面团116被切割成例如图10中所示的面团颗粒1006类似的程度。在一个实施例中,再循环面团116的颗粒尺寸被减小到大约与离开湿混合器102的那些面团颗粒尺寸相同。在一个优选实施例中,再循环面团116和新鲜面团成分114,118的结合类似于图10中所示的蓬松的面团颗粒1006。
面团辊隙高度图4是面团压片机的侧视图。参考图4,面团颗粒402在辊-送入传送带412上被送入压片机辊410,414的顶部,其在压片辊410,414之间的特定尺寸418的间隙或辊隙430处滚动。堆在辊410,414上面的面团高度或辊隙面团高度416可以根据该辊410,414之间的辊隙430到未压片面团颗粒402的堆的顶部之间的距离来测量。该辊隙面团高度416可以沿着该辊410,414的宽度改变。该面片422离开该辊隙430并由输出传送带432传送离开。当该面团通过该压片机辊隙430时,该最终面片厚度428可以与辊隙430的尺寸418不相同,特别是,如果面团颗粒402仅通过一对压片机辊时。
参考图4,最终面片厚度428基于许多加工变量例如,但并不限制于,总体送入速度,消耗功,辊的速度,辊隙尺寸418,辊隙面团高度416,面团温度,包括水分的每个面团成分的相对成分,给辊提供足够的面团,和面团固有的流变学特性(例如,面团在压力在如何形变)。最终面片厚度428与面团含水量,辊隙面团高度416,和辊隙尺寸418最相关。参考图5,最终面片厚度428同样与所使用的压片机辊的数量有关所使用的辊越多,该最终面片厚度528与辊隙尺寸518最匹配。
参考图5,例如在此所示的一对现有技术的辊可以根据本发明被修改和控制,以获得随时间变化并沿其宽度具有提高的一致性的已压片面团。例如,在一个实施例中,来自面团高度监测器的一个信号(未示出)被发送到启动机(未示出),该启动机可改变辊的速度以保持辊隙面团高度516在一个通常的恒定值。此外,信号也可以被发送到启动机以控制辊隙尺寸518。通过改变至少一个辊的速度和辊隙尺寸518,以产生更加均匀的面片。在一个实施例中,随着时间变化,面团辊隙高度516被保持在或低于大约115mm(4.5英寸)处,均方根误差为1.5mm(0.059英寸)。在另一个实施例中,随着时间变化,面团辊隙高度516被保持在或低于大约80mm(3.2英寸)处。
在本发明的一个优选实施例中,参考图4,高度测量元件408利用激光器(未标识)来测量辊隙面团高度416。在一个实施例中,激光传感器或激光测量装置由Micro-Epsilon生产,型号为ILD1800-500CCD。该激光器具有远程传感器,和防水密封和信号电缆。需要关注以确保下落的面团颗粒不会干扰测量并且下落的面团颗粒402和局部高峰不会被错认为平均实际辊隙面团高度416。
本发明的一个实施例,来自激光测量装置的未处理的测量信号经过两个阶段被过滤。第一,未处理的信号经过大约0.1至2.0秒的短周期被汇集。这种汇集消除了噪音和由于面团颗粒下落经过该激光器和面团颗粒从该压片机辊返弹而引起的信号的误读。第二,该汇集的信号通过低通滤波器。该第二滤波器减少了信号中的高频噪音并产生了与实际辊隙面团高度416特别相关的平滑的面团高度测量。其它信号过滤的实施例也是可行的。
该激光传感器提供精确度优于现有技术测量的改进的测量,并且这种测量可被用于调整其它加工条件,例如,但并不限制于,辊410,414的速度,面团送入速度,和辊隙尺寸418。在一个优选实施例中,通过控制辊速度来测量并控制辊隙面团高度416在一个所需的水平。在一个实施例中,辊隙面团高度416保持在目标值的1%,并具有1.0mm的均方根误差。当干扰进入系统时,辊隙面团高度416的变化可自动地被检测并校正。通过实施在本发明中描述的其它改进,对辊隙面团高度的主要干扰是来自面团颗粒到辊的全部送入速度的变化或波动,和全部含水量的变化。例如,全部含水量由马铃薯片中含水量的变化,许多干成分中的一种所影响。
压片机辊隙尺寸在另一个实施例中,参考图4,信号(未示出)也可以被产生并发送到辊启动机(未示出),该辊启动机安装在面团辊414上并可以相对于另一个面团辊410物理地移动这个面团辊414,从而调整该辊隙尺寸418。该辊隙尺寸418可随着时间而调整,以使该面团压片机产生出均匀厚度的面片422。辊隙尺寸418根据加工测量的改变而调整,加工测量例如,但并不限制于,送入该面团压片机的面团颗粒402的相对含水量,辊隙面团高度416,或该面团的消耗功的变化。
最终面片厚度根据辊隙尺寸,辊隙面团高度,预辊制面团颗粒的相对含水量,其它面团成分的相对含量,和生产最终面片所使用的压片机辊的对数而变化。在一个实施例中,参考图4,辊隙尺寸418保持恒定,而来自激光器辊隙面团高度测量元件408的测量信号(未示出)被用于调整该压片机辊410,414中至少一个辊的速度。
在另一个实施例中,操作工人用测径器测量已压片的面团样品的厚度,并随后调整辊隙尺寸以产生所需厚度的面片。这样一个操作员同样可以在测量面片厚度后随时间绘制或得到该测量值。在另一个实施例中,面片厚度是自动测量的,并且测量信号被发送到控制器,该控制器随后调整辊隙尺寸以产生所需厚度的面片。
虽然该颗粒尺寸分布系统和面团压片机控制系统根据一个实施例被描述,这些教导同样适用于包括任何要使用辊压片的食品产品的其它食品种类。这种分布系统的其它实施例可以根据除了尺寸之外的其它特性将颗粒分布成更加均匀分布的面团颗粒。而且,该加工控制系统同样适用于例如在高速产生环境下必须是严格规格的压片食品种类。
虽然本发明是参照一个优选实施例来进行具体说明的,但是本发明所属领域的技术人员应当知道在不超过本发明的思想和范围的情况下是可以进行各种形式和细节上的改变的。
权利要求
1.一种由具有容积密度的可食用产品颗粒生产可食用产品片的方法,所述方法包括以下步骤a)将所述可食用产品颗粒送入具有辊隙尺寸的一对压片辊,其中所述一对压片辊包括第一辊和第二辊,并且其中所述第一辊具有转动速度;和b)将所述可食用产品颗粒在步骤a)中所述的辊之间通过,从而制作所述产品片,其中所述产品片具有片的厚度,消耗功,乳化剂含量,含水量,和线速度,而且其中所述线速度是每分钟至少60英尺长,并且其中随时间而测量,所述片厚度的变化小于或等于目标值的6%。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述容积密度小于或等于大约每立方英尺32磅(每立方米513千克)。
3.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中随时间而测量,所述片厚度的变化小于或等于目标值的3%。
4.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中的所述片厚度的多个测量值具有小于或等于所述片厚度测量的平均值3%的均方根误差。
5.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中的所述片厚度的多个测量值具有小于或等于所述片厚度测量的平均值的1%的均方根误差。
6.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中沿着所述产品片宽度而测量,所述产品片厚度的变化小于或等于目标值的6%。
7.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中的所述消耗功在每磅面团大约24至60KJ之间(每千克52.9至132KJ)。
8.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中随时间而测量,所述消耗功的变化小于或等于目标值的6%。
9.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中随时间而测量,所述消耗功的变化小于或等于目标值的3%。
10.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中的所述消耗功的多个测量值具有小于或等于所述消耗功测量的平均值3%的均方根误差。
11.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中的所述消耗功的多个测量值具有小于或等于所述消耗功测量的平均值1%的均方根误差。
12.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中沿着所述产品片宽度而测量,所述产品片的所述消耗功的变化小于或等于目标值的6%。
13.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中随时间而测量,所述含水量的变化小于或等于目标值的3%。
14.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中随时间而测量,所述含水量的变化小于或等于目标值的1%。
15.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中的所述含水量的多个测量值具有小于或等于所述含水量测量的平均值3%的均方根误差。
16.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中的所述含水量的多个测量值具有小于或等于所述含水量测量的平均值0.3%的均方根误差。
17.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中沿着所述产品片宽度而测量,所述产品片的所述含水量的变化小于或等于目标值的3%。
18.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中随时间而测量,所述乳化剂含量的变化小于或等于目标值的10%。
19.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中的所述乳化剂含量的多个测量值具有小于或等于所述乳化剂含量测量的平均值4%的均方根误差。
20.如权利要求1所述的方法,其中步骤b)中沿着所述产品片宽度而测量,所述产品片的所述乳化剂含量的变化小于或等于目标值的10%。
21.如权利要求1所述的方法,该方法还包括以下步骤c)产生一个所述可食用产品片的厚度的测量值;和d)根据步骤c)中的所述测量值调整步骤a)中的所述辊隙尺寸。
22.如权利要求21所述的方法,其中步骤c)中的所述测量由操作人员执行。
23.如权利要求1所述的方法,该方法还包括以下步骤c)将所述可食用产品颗粒放置在具有至少一个移动部件的振荡延辗机上;和d)在所述颗粒被送入步骤a)中所述的一对压片辊之前,控制所述振荡机以使所述产品颗粒沿着传送带的宽度均匀地分布。
24.如权利要求23所述的方法,该方法还包括以下步骤e)随着时间而至少改变所述传送带的速度和所述延辗机的振动速度中的一个。
25.如权利要求1所述的方法,该方法还包括以下步骤c)向干混合器中加入面团成分;d)在所述干混合器中混合步骤c)中的所述面团成分以形成干面团颗粒;e)在一个湿混合器中将步骤d)中所述的干面团颗粒与水一起混合,使得离开所述湿混合器的可食用产品颗粒随时间而测量,含水量的变化小于或等于目标值的3%。
26.如权利要求1所述的方法,该方法还包括以下步骤c)向干混合器中加入面团成分;d)在所述干混合器中混合步骤c)中的所述面团成分以形成干面团颗粒;e)在一个湿混合器中将步骤d)中所述的干面团颗粒与水一起混合,使得离开所述湿混合器的所述可食用产品颗粒的含水量的多个测量值具有小于或等于所述多种含水量测量的平均值1%的均方根误差。
27.如权利要求1所述的方法,该方法还包括以下步骤c)向干混合器中加入面团成分;d)加热至少一种乳化剂;e)将步骤d)中的所述乳化剂添加到步骤c)中所述干混合器中的所述面团成分中;f)混合所述乳化剂和所述面团成分以形成干面团颗粒;g)使所述干面团颗粒保持在高于步骤d)中所述乳化剂的溶点温度,直到所述干面团颗粒到达一个湿混合器;和h)在步骤g)中所述的湿混合器中将所述干面团颗粒与水混合以形成步骤a)中的可食用产品颗粒。
28.一种由可食用产品颗粒生产可食用产品片的方法,所述方法包括以下步骤a)将所述可食用产品颗粒送入具有辊隙和辊隙尺寸的单独一对压片辊,其中所述单独一对压片辊包括第一辊和第二辊,并且其中所述第一辊具有转动速度;和b)将所述可食用产品颗粒在步骤a)中所述的辊之间通过,从而制作所述产品片,其中所述产品片具有片厚度,而且其中所述线速度是每分钟至少60英尺长,并且其中随时间测量时,所述片厚度的变化小于或等于目标值的6%;c)感应辊隙面团高度;d)产生指示步骤c)中所述的辊隙面团高度的信号;e)将步骤d)中所述的信号提供给系统控制器;f)计算步骤a)中所述的旋转速度的优选值;和g)根据步骤f)中所述的旋转速度的优选值控制步骤a)中的所述压片辊中的至少一个。
29.如权利要求28中所述的方法,其中步骤c)中所述的辊隙面团高度沿着步骤a)中所述的压片辊的宽度保持在130mm(5.1英寸)以下。
30.如权利要求28所述的方法,其中通过激光测量装置感应步骤c)中所述的辊隙面团高度。
31.如权利要求28所述的方法,其中辊隙面团高度的多个测量值具有小于或等于所述夹面团高度测量的平均值3%的均方根误差。
32.如权利要求28所述的方法,其中随时间而测量,所述辊隙面团高度的变化小于或等于目标值的6%。
33.如权利要求28所述的方法,其中沿着步骤a)中所述的辊宽度而测量,所述辊隙面团高度的变化小于或等于目标值的6%。
全文摘要
本发明涉及一种在高速生产环境下生产具有改进的均匀特性面片的改进方法。根据现有的赫特辊隙的一个实施例,沿该面片的压片改进宽度的面团特性的改进的控制包括,但并不限制于,均匀的厚度,均匀的消耗功,均匀的水分含量,均匀的乳化剂含量,和均匀的干成分含量。在一个优选的实施例中,在此描述的改进可以高速生产可堆叠片产品。在干的和湿的逆流的混合器中的改进的混合和加工条件的控制使得这种生产得以实现。
文档编号A21C3/02GK101039580SQ200580034561
公开日2007年9月19日 申请日期2005年8月1日 优先权日2004年8月16日
发明者史蒂夫·安德鲁·布莱斯纳罕, 普拉汶·马格那拉尔·德赛, 约翰·马普若·马修, 霍莉·安·那哈刚歌, 万穆时帝尔·巴布拉 申请人:福瑞托-雷北美有限公司
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