专利名称：加速形成功能性肉混合物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加工肉的方法和设备。
背景技术：
在制作某些加工肉制品如波洛尼亚香肠和热狗的工业系统中，块状或片状生肉与其它配料如调味料一起碾磨、剁碎和/或与一种或多种盐溶液或盐水另外混合，用来制造混合物，该混合物随后能形成稳定的肉糜或蛋白质基质。碾磨、剁碎和/或其它加工的类似步骤也用于制作粗磨产品如香肠，全肉制品如已加工火腿或已加工火鸡，和其它已加工肉制品。在每种情况下，蛋白质形成了基质，用于将分离的片固定或粘合到一起。
稳定的蛋白质基质需要蛋白质粘合物悬浮于或与脂肪和水粘合。就此而论，形成蛋白质粘合物需要通常所知的蛋白质提取的步骤。在该步骤中，作为在盐或盐溶液中加工或混合肉的结果，盐溶的或可用盐提取的热凝蛋白如肌球蛋白、肌动球蛋白和肌动蛋白与水结合，膨胀并变得有粘性。在加热蛋白质以形成蛋白质粘合物时，该蛋白质随后凝固。其它肌原纤维蛋白质、肌浆蛋白质、或水溶性的或可提取的蛋白质，也都可在形成粘合时起作用。可以用于蛋白质提取的盐溶液包括氯化钠、焦磷酸钠或二磷酸钠、氯化钾、乳酸钠和乳酸钾，但并不限于此。在这里描述的蛋白质提取中，被认为是主要用于形成粘合物的机理包括蛋白、盐、脂肪和/或水的结合以及随后的蛋白质膨胀，而不是蛋白质的溶解作用。更准确地说，可以认为，盐溶液释放了蛋白质的互相结合的结合位置，以及与水和脂肪的结合的结合位置。熟制品的颗粒相互间通过蛋白质而粘接，用于保证最终肉制品的完整性。
如同此处的使用，稳定的肉蛋白质基质指的是在包括烹饪的进一步加工期间以及在最终产品的储藏期限内，保持其高百分含量的组分的混合物。例如，如果由于在烹饪阶段脂肪逸出时产品重量损失低于2％，则肉糜被认为是稳定的。如果该蛋白质基质不稳定，则蛋白质基质或最终产品将会过量损失水或脂肪。不稳定的蛋白质基质导致产量损失，且对于最终产品而言，其不能在其预期的储藏期限内维持足够的完整性。
传统的批量加工是一个漫长的过程，需要许多不连续的步骤。起初，各种肉以指定的含量由供货方提供。更具体的是，这些提供的肉具有指定的蛋白、脂肪和/或水含量，通常为重量百分含量。将批量表单提供给加工厂员工，其显示了什么样的肉、水和添加剂结合的混合物用来生产多种肉制品中的一种。
尽管采购在加工工厂之外完成，但是，该批量表单基于工厂中目前现有肉的信息。尽管如此，该批量表单常常需要调整。例如，特定的供货方可提供具有蛋白质含量70％的肉，而实际的肉在含量上稍有一点不同，如68％的蛋白质含量。由于批量表单是基于采购且肉的参数由供货方提供，因此工厂员工常常必须基于对所需最终产品的配方，来调整被选择用于肉制品的肉。对该最终产品混合物进行小心的控制。例如，特定产品如热狗可具有不超过重量30％的脂肪。如果使用特定肉，而其脂肪含量大于批量表单所需要的，则该最终产品可能有过量的脂肪。为了避免这些，工厂员工将通过其它肉增加蛋白质，来平衡脂肪含量。
令人遗憾的是，这是不必非常精确的步骤。每种肉，以及一批肉中的每块肉可与选取的且假定为平均值的样品显著不同。一旦水和其它添加剂混合到该批次中，则可能难于改变该平衡。有时，最后一批被确定为不精确的混合，且补救工序必须进行，如将该批与附加校正材料进行混合。为了降低不精确批次的可能性，提供了相对较大量的肉用于一个单独批次，希望由具有不正常含量的肉类部分所导致的成分偏差来减小或使之变成平均值。用于一批次的特定肉类通常的量约为2000磅。
用于混合肉和其它配料并提取蛋白质的批量加工是公知的。一个对纯肉制品比如已加工火鸡和已加工火腿完成蛋白质提取和配料混合的公知方法包括，用皮下注射针刺穿该纯肉，用针注入盐水，以及使用分批处理机或搅拌器在真空条件下加工该肉约45分钟以除去空气，如下所述。对于粗磨和成糜产品而言，肉被磨碎并与水、盐溶液、调味料和/或其它配料一起添加到分批处理机中，且在真空或非真空中加工达一小时，或例如15到45分钟。
大的分批搅拌器每小时可加工约6000-12000磅肉。包括肉和添加剂的肉制品组分在低剪切力的分批搅拌器中混合。该搅拌步骤一般需要30-60分钟进行混合。在这段时间，这些组分变成混合物，其会形成稳定的蛋白质基质。
当每种纯肉制品、粗磨产品和成糜产品的混合物允许盐溶液达到可用盐提取的蛋白质时，稳定的蛋白质基质就形成了。已知为腌制的该过程实现了蛋白质提取。对于纯肉制品，通过针插入到肉块中来输入盐水的注射来试图减少盐溶液必须扩散穿过肉的距离，这是一个相对不精确的方法。该腌制步骤通常需要充分扩散24-48小时，且该批次在腌制的时间中存储在位于冷却器的桶中。一旦该蛋白质提取已出现，混合物就可随后进行下一步加工。
计算输入组分，以用来生产特定数量的熟产品。如果过量的水或脂肪在搅拌后例如在烹饪步骤中损失，则该仔细调节的水、脂肪和肉的比例将会脱离目标。如果脂肪在烹饪步骤之前损失，其常常残留在用于混合物加工的机器或管道中。这能导致机器的故障时间、机器损坏的可能性和更多的清理机器的劳动。此外，某种程度上，熟的成糜产品一定程度上依赖于无蛋白或无结合材料来提供合适的质理。这些蛋白质相互间结合形成基质，且在缺少足够的脂肪或水时，这些结合可形成更大的、更坚固的基质，从而使该产品变得稍微有弹性。相反，如果有太多的水，则熟产品会太软且缺乏整体性。
如该处使用的术语“添加剂”广义上可指盐水溶液、无盐的水、香料浆、亚硝酸盐或其它添加剂。尽管盐水溶液和肉本身均包含水，但最终产品的余量通常用一些水调节。该香料浆例如提供调味品。一种添加剂为通常的亚硝酸盐，其用作防腐剂并提供所需的颜色。也可包括其它惰性添加剂，如玉米淀粉或非功能性蛋白质。
当这些混合物组分在搅拌器中搅拌1小时，与空气的接触可能在肉片表面产生泡沫。具有可见空气的最终产品可能是无法接受的。在一些情况下，该产品必须重新加工并且与随后的批次搅拌。产品中的空气可以表面气泡或者表面坑洞的形式而出现。残存空气也可使产品在烹饪时膨胀，或可能导致产品在其内部具有可见的气泡。
空气也可以其它形式来影响该产品。例如，部分蛋白质因为空气的存在而变性，降低肉与脂肪和水结合的功能。空气也能与亚硝酸盐起反应来阻止产生所需的颜色。最终的颜色可能随之变成为不合要求的或令顾客讨厌。
为了避免把空气搅拌入混合物中，可以在搅拌过程中使用真空压力。这需要另外的装配，包括真空装置本身和用于维持压力的密封件。该真空系统和密封件需要维修，且偶尔的漏气会导致低等级的产品。
虽然上述搅拌器用于工业上多年，但是它们都具有显著缺陷。例如，其中一个问题是空气会不合要求地进入到产品中。搅拌器的另外一个缺陷包括基于其大尺寸的空间需要和成本，劳动力成本，用于加工每一批次的时间长度，桶处理和输送导致的产量损失，以及与设备清洁相关的时间和花费。
发明内容
本发明涉及用于加工肉制品的改进方法和设备，其在设备的尺寸、加工所需要的时间、加工过程的控制和/或生产加工的其它方面提供了显著的优点。
在一个实施例中，提供了用于加速肉制品的稳定肉类混合物形成的方法和设备。将输入组分流如肉、水、盐溶液、调味料和其它配料输入到搅拌器中。组分在盐水溶液存在的情况下承受高剪切力。高剪切力使形状变形并可以减小肉片的大小，从而使蛋白质与盐溶液发生密切接触。该密切接触导致在较短的搅拌器暂停或停止时间里有效且高效的蛋白质提取和组分混合，所述时间可约小于1分钟。用这种方法，可以快速地生产出用于每种肉糜产品、粗磨产品和纯肉制品的稳定的功能性肉类蛋白质基质，其包括提取的蛋白质。
在另一实施例中，提供了减少配料在肉中扩散时间的方法和设备。输入组分包含肉，其在高剪切力作用下进行加工和变形，从而使蛋白质丝变得拆开和疏松多孔，这样可以使盐溶液和配料易于进入其中。这使得用于肉的加工时间减少，同时实现包括蛋白质提取所必须的盐溶液在内的配料的适当分散和扩散。
依照本发明的实施例，该优选设备包括位于外壳内的至少一个可旋转搅拌装置上的旋转部件。每个搅拌装置可包含多个旋转搅拌部件如搅料桨、桨叶或螺旋桨，或可包含单个部件如单个螺旋桨、桨叶或搅拌桨。该搅拌装置被可拆式地支撑于一个或多个轴上。为了有助于设备的彻底清洁而不用拆开，这些部件优选与其相连的轴为一个整体。在一些实施例中，搅拌部件和轴可焊接在一起或构成为一体式的加工零件。
依照本发明实施例的一个搅拌器包含多个旋转搅拌部件，当混合物向前推进通过该设备时，所述旋转搅拌部件推动部分或全部的混合物通过搅拌部件与搅拌器外壳内表面之间、不同对的搅拌部件之间的大约0.08英寸的一个或多个缝隙。
该系统优选实现了充分的蛋白质提取、混合和在一些情况下加工时间少于5分钟的浸渍，并且认为能够在少于1分钟内实现充分的蛋白质提取、混合和浸渍。在一个具体实施例中，加工时间为约45秒。用于将指定混合物部分输送通过处理机的平均时间为约10-60秒。在这段时间中，搅拌器能够使包含块状或片状生肉的配料，连同盐溶液、水、调味料等组成混合物，该混合物在烹饪时将形成内聚性的、自支撑的已加工肉制品而不用进一步的蛋白质提取或浸渍，也称之为稳定的蛋白质基质，其保持可预测的且可接受的脂肪和水含量。应当指出，对于一些产品，如波洛尼亚香肠和热狗而言，可以进行进一步的加工步骤，其可以偶尔伴随有额外的蛋白质提取。
在一些实施例中，搅拌可在压力等于或大于大气压的条件下进行，使混合物不会曝气。组分输入搅拌器中，且在那里滞留时间相对较短。混合物在相对缺氧的环境中，不会出现混合物的曝气。这就消除了出现在肉制品中附带空气的问题，并且不需要用于搅拌器的真空系统。在其它实施例中，该搅拌操作可在真空环境中进行，如在25-29英寸Hg柱的真空度下。
在再一实施例中，加工过程生产了低脂或无脂肪的肉糜产品，其具有与全脂产品相似的质地。短时间高剪切加工的使用会导致不形成蛋白质结构的产品，该结构给传统低脂或无脂肪产品带来非预期的质地。可以使用该加工处理而无需添加惰性配料或水来阻止形成蛋白质结构。已加工的肉糜形成了稳定且带有形成预期组织的最佳蛋白质结合的肉糜。
该加工可避免明显的蛋白质渗出物在纯肉和粗磨产品上形成。短时间高剪切加工的使用有助于消除肉或肉制品表面上的渗出物。此外，如这里所述的除去腌制阶段有助于消除渗出物。在不允许肉类混合物停止相当长的时间时，就不会形成蛋白质渗出物。
该方法和设备，在一些实施例中，使用单片机器用于低速、大量磨碎、搅拌和成糜。该单片机器可兼有初始尺寸的变小、搅拌和磨碎组分、提取蛋白质、和最终成糜等功能。对组分的连续加工可以通过上述这种系统来进行。
在一个实施例中，该方法包括输送若干输入食品配料流，其包含一种或多种肉类配料流；测量至少一种肉类配料流的至少一种组分；基于使用前馈分析的测量来控制输入食品配料流的相关流率，以在混合流中将至少一种组分所占的百分比保持在预定范围内。在该处使用了两种肉类配料流，它们可以通过脂肪含量来区别开，其中一种肉类配料流具有比另一种高得多的脂肪含量。除了一种或种肉类配料流之外，其它输入流可单独地或相组合地包含水、盐溶液、调味料、防腐剂和其它配料。
该控制系统优选包括至少一个响应于来自分析仪的输出数据而用于测量至少一种肉类的输入流成分特性和调节一种或多种输入流率的在线分析仪。该系统可直接测定成分特性如脂肪含量，或可以测定相关特性如含水量，从含水量可以估算出脂肪含量。该控制系统可包含若干在线分析仪，以用于分析若干不同种类输入流的成分特性。该控制系统优选使用一个或多个泵或阀而用于每种食品输入流。流率可通过改变泵速、通过间歇泵送操作、通过开关一个或多个阀、通过改变具有一个或多个测量阀的流率、或通过其它方法，来调节流率。该控制系统因此可以控制组合流率和输入流的相关流率。相关流率可以通过控制系统进行调节，并且基于分析仪对成分特性的分析。
前馈组成分析使得能够对输入流的流率进行快速调节，以控制脂肪含量、蛋白质含量、含水量和/或其它多种组合流，而无需依靠基于在组合流中测量组分的反馈回路。通过在输入端引入所需比例的受控制组分，该前馈控制系统也可通过消除与添加与搅拌进去额外的配料相关的延迟来改进加工时间，从而校正偏离所需含量标准的偏差。该前馈控制系统因此使得可以生产具有所需组成的混合物或掺和物，其由在输入端引入的配料形成，且通过该处理机的单独通道流出，而无需对处理机的任何输出再循环。
另一实施例通过提供独立的、互连的系统而减少了肉类加工设备部件的必要数量。物料可放在输入漏斗或类似部件中，且每个漏斗经由输入管线而输送到搅拌器。输入速率以稳定的方法来控制，以便适当平衡的物料输送到搅拌器。该控制通过系统控制器来进行，该控制器接受用于特定肉制品的指定配方，如批量表单数据或配方规则。该系统控制器随后能考虑物料组成与所需的输出组成的关系和使用来自批量表单的肉制品的所需配方、控制泵、搅拌器和其它装置，来满足该配方的要求。该搅拌器减少和组合好所引入的物料，对其进行浸渍并搅拌，且进行蛋白质提取以便使脂肪和水与肉类蛋白质相结合，从而形成稳定的混合物。该混合物可随后自动的传递到下一步的加工中。该进一步的加工可以是包装或形成填密，和/或烹饪或加热加工的步骤。
在再一实施例中，该自动并互连的系统可作为从开始到结束的肉制品生产过程中的一部分来使用。控制系统可以收集并下载分析数据，以及使用数据作进一步分析。根据配方中使用的每种物料或肉的实际组分，可检验数据以确定实际的输入配方或者系统控制器能执行该功能并将该信息提供给数据库。该信息可用来比较最终产量与输入物料，并可用于检验特定供货方提供的肉中脂肪/肉/水比例趋向，但并不限于此。此外，该信息可用于提供准确的各种物料消耗比例图，并允许用来作有效且精密的物料订购。
更具体的是，本发明的用于肉类加工的方法的实施例包括将多种组分，如一种或多种肉类、添加剂和盐溶液，放入具有至少一个旋转装置的搅拌器中，并且对于搅拌器中的多种组分施加高剪切力而使组分在搅拌器中混合，以形成稳定的肉类混合物。添加剂可包含亚硝酸盐、水和香料或香料添加剂。在剪切力施加于组分上时，盐溶液可与肉中的蛋白质相结合，此时肉蛋白质丝变形，且允许盐溶液扩散至其中。
在一个实施例中，搅拌器可具有第一和第二旋转装置，其相互之间紧邻并且与搅拌器外壳的内表面紧邻地安装。该搅拌器通常具有输入端和输出端，且在搅拌过程中可在相对较短的时间段内(即少于5分钟，且在一些实施例中少于1分钟)推动这些组分从输入端到输出端。在最优选的实施例中，搅拌时间少于45秒且通常大于10秒。本发明的方法可可以是连续的或分批的加工过程。
本发明的加工肉类的方法包括，提供搅拌器的系统，其中搅拌器具有带内表面的外壳、输入端、输出端和一对在外壳中加工组分的移动装置。组分如具有可用盐提取的蛋白质丝的肉以及例如为盐溶液和/或脂肪的添加剂被输入到系统中，并被迫从搅拌器的输入端到输出端。在搅拌器中，通过使移动装置运动，就在移动装置之间以及可能在移动装置与外壳内表面之间对组分施加高剪切力。移动装置可以相互之间紧邻且与搅拌器外壳内表面紧邻地安装。移动装置可以安装成与外壳的内表面的间隔约在1/8英寸内。移动装置可旋转，且可以使用一个或多个泵来推动组分通过搅拌器。
使用本发明的方法和设备加工肉类可包含肉片，且高剪切力可促使在移动装置与内表面之间的肉类组分减小肉片的大小。组分可以是流体的形式，一般为具有稳定蛋白质基质的肉类混合物，其从搅拌器的输出端排出。依据本发明的方法和设备制作的肉类混合物倾向于由于脂肪逸出，而允许肉类混合物具有少于2％的重量损失。
移动装置可以是在旋转轴上的搅拌部件，且它们可具有用于转动旋转轴的动力。移动装置可包含螺杆，且可以有位于该螺杆上的多个独立的、不连续的突起。每个突起可具有锋利边缘和转角的齿，所述齿能刺穿肉来促进蛋白质提取，且每个所述齿具有至少一对通常的平行侧面和四边形的端面。每个突起可包含矩形外表面，一对与所述外表面相交的平行侧面，以及一对与所述外面的侧面相交的平行端。
本发明的设备也具有将组分输入搅拌器中以形成稳定肉类混合物的系统。在本发明具体实施例中，可具有进料漏斗，其有利于组分的输入和/或预搅拌。输入组分的系统可包含若干输入流(包括相同的或不同的组分)，且一种或多种输入流可具有一个进料漏斗。用于输入组分的系统也可包含分析仪，如在线分析仪，其用于测定以流体形式输入的至少一种组分的至少一个成分特性。一种或多种组分流的相关流率可基于前馈成分分析法的测定值来控制，以便用来将组分流的至少一个成分特性维持在预定范围内；并且从搅拌器的输出端排出的组分流具有在预定范围内的成分特性。控制系统可包含用于一种或多种输入流的泵或阀。本发明实施例的设备均具有将组分输入搅拌器中的系统，其包含用于提供若干输入流的若干输入管线，并且至少其中一条管线包含肉，且该肉管线中的流率可用前馈分析来进行控制。
通过本发明的设备和方法来生产的已加工的肉类混合物趋向于具有足够的蛋白质提取物，从而在随后的烹饪之后可形成内聚性的、自支撑的已加工肉制品。
图1为依据本发明一实施例的连续搅拌处理机的示意图；图2为用于本发明一实施例中的搅拌装置的透视图，显示了外壳的一部分被取下；图3为图2中所示设备的一部件的前部正视图；图4为图2中所示设备的另一部件的前部正视图；图5为图2中所示设备的另一部件的前部正视图；图6为依据本发明一实施例的一段旋转部件的断开的侧视图；图7为表示依据本发明一实施例的加工流程图；图8为表示依据本发明一实施例的加工流程图；图9为一片肉的放大图，显示了肉蛋白质的条纹；图10为一片肉在高剪切加工步骤后的放大图；图11为一片肉在盐溶液中进行腌制步骤后的放大图；图12为一片肉在盐溶液中进行高剪切加工步骤后的放大图；
图13为用于在本文所述设备中的旋转部件的配置和其它相关数据所构成的表格；图14为用于图13所示配置的肉糜稳定性测量值的图示；图15-20为图13中的配置的示意图；和图21为图解坐标示图，显示了该设备的部件的定位。
具体实施例方式
首先参考图1，附图标记10所示为依据本发明一实施例的用于制作加工肉制品的设备。所示设备包括马达12和皮带传动14，皮带传动14将动力传递到一个或多个安装在外壳20中的搅拌装置16。各种配料，包括如块状或片状的肉、一种或多种盐溶液、水、调味料如香料，和防腐剂等等，通过输入管线而直接输入外壳20中，该输入管线包括泵84。输入管线泵84和搅拌装置推进混合物通过外壳，同时搅拌装置给混合物施加高剪切速率，用于从肉类组分中快速提取蛋白质。搅拌装置优选由不锈钢或者其它涂有防腐层且适于接触食物制品组分的材料来制成。
图1中所示的单个长螺杆可以在多个实施例中用作搅拌装置，其它实施例中使用其它类型的搅拌装置。图2中所示的实施例使用了双轴排列，其具有相对较短的进给螺杆17，其与在每个轴19上的较长阵列的搅拌部件18结合使用。当配料被推动通过外壳20时，就转动了搅拌部件18以便浸渍和/或混合配料，且通过在搅拌部件18之间以及在搅拌部件18与外壳20的内壁之间推动配料，而使它们处于高剪切力的作用下。在一个轴19上的搅拌部件18与第二搅拌装置16上的搅拌部件之间的，以及在搅拌部件18与外壳20之间的最小缝隙或间隙优选为0.06英寸到0.12英寸之间。在一些实施例中，缝隙为0.08英寸。随着轴的旋转，在各自轴上的搅拌部件18之间的距离将变化，例如，因此纯肉部分可能在没有剁碎或磨碎的情况下推动通过。推动混合物通过这些缝隙就施加了高剪切力且使得可快速提取蛋白质。
肉、水、盐溶液和其它添加剂如香料浆同时输入到搅拌装置中。蛋白质提取在这里包括，在盐溶液和可用盐提取的蛋白质之间形成密切接触，以及为了分离出蛋白质丝而破坏肉结构、破坏蛋白质丝本身、或是拆分蛋白质。施加高剪切力的搅拌装置机械式地提供密切接触，这与常用分批加工中利用扩散作用相反。
用于该目的的一种机理是仅仅通过减少成团传送或扩散的距离。通过使大的肉块变为较小的肉片，盐溶液仅需要扩散很短的距离，或者根本不需要扩散。换言之，肉在盐溶液或盐水溶液中的加工促使盐溶液进入肉片结构中。这加快了进程，从而促进了必要的化学反应，其中氯离子或其它离子占据了蛋白质丝的结合位点。
此外，蛋白质丝保持完整的程度，加工使肉块变形，其促进了蛋白质丝的拆分。图9显示了放大的没有经过加工的肉片样品，正如看到的，该肉显示了正常的肌肉蛋白质条纹图案，蛋白质的高密度区为黑色。图9中的插入图描述了在更高的放大倍数下肉片的一部分，因此高蛋白区能清楚地与低蛋白区或其它物质如脂肪而区分开。
通过对肉片施加高剪切力使肉变形或磨碎，蛋白质丝也会变形、拉平、伸长和缠绕。这就打开了蛋白质结构，使其更疏松，且促进了配料的渗透，包括盐水溶液。因为分散更加彻底，所以盐溶液和其它配料及添加剂均匀的扩散例如因高剪切力的使用而被有效改善。现在图10所示为在无其它成分或配料时用本文所述设备来加工的肉片样品。尽管还显示了条纹的规则图形，但肉片此时具有更窄的深色、高蛋白密度区和更宽的浅色区域。另外，条纹图案以及深色和浅色区域差别不明显，显示为稍微有些间断的结构。与图9相比，这清楚的显示了剪切力的施加打开了肉片且使其更加疏松多孔。因此，肉片更易于接受其它配料或更易于其它配料进入。
施加高剪切力加快扩散的加工使得不需要腌制时间，即，如所述的盐溶液在肉块扩散的时间。由于需要腌制，因此常用的加工方法必须分批定向。即，对特定肉产品的加工需要盐溶液扩散到肉中以进行蛋白质提取。在混合或注入盐溶液后，常用的加工方法对于大肉块需要腌制或扩散时间，在这期间肉被搁置起来以便使扩散符合要求。腌制阶段需要工厂有大量储备或者肉类存货，消除了腌制阶段就可允许及时使用和接收产品，并且减少了在加工工厂中的储存需要。
图11显示了经过静态分批加工腌制期的肉片样品。肉片用传统的分批加工方法而被注入了氯化钠(NaCl)溶液且允许腌制通常对于肉类而言足够的时间。通过对比图11与图9和10中的肉片，腌制的肉片所显示的条纹图案和颜色类似于图10，其中深色区域在尺寸上小于图9中没经过加工的肉片，且浅色区域显示了被打开或拆分开的蛋白质，其具有扩散到其中的配料。
通过在存在盐溶液时施加高的剪切力，肉片所显示出的物理特性同时包括蛋白质丝的腌制和拆分。图12所示为在氯化钠溶液中用设备进行加工过的肉片。正如看到的，图案和颜色进一步变形，表明蛋白质丝的拆分和疏松度，以及进入和位于蛋白质丝之间的配料的浸渍和扩散。
设备10能够加工肉类配料和从中提取蛋白质，其速度比现有技术的批量加工速度要快得多。具体地说，加工时间从通常的30-60分钟减少到大约10-60秒，且优选为10-45秒。通常，该时间段与生产率有关。正如在此所述的，生产率很大程度上取决于推动组分或配料进入到搅拌器的泵的速度。
另外，混合设备不必与真空环境结合使用。尽管真空可以作用于搅拌器，但是由在没有施加真空的搅拌器中加工的组分所制得的煮熟的最终产品既没有表现出上述在常用搅拌桶中搅拌的肉出现可见的气体特性，而且在其烹调时也没有由于内部夹带的空气而发生膨胀。在使用中，搅拌器内部通常充满了固体和液体组分，基本上没有空气。很少或者没有空气被迫进入组分中。存在于搅拌器内并且与组分混合的空气很少或者没有，这是因为混合物没有进行搅拌，且因为搅拌时间很短。通过去除用于搅拌器的真空系统，就可以简化加工，该设备的去除也节约了成本，降低了维修费用，且可能减少产品损失。应该注意的是，其它加工步骤如填密包装，可优选使用真空系统。
通过在小面积或小体积的肉上有效施加高剪切力，就形成了稳定的蛋白质基质。蛋白质提取既快速又易于控制，并且蛋白质与相混合的水和脂肪分子结合起来。因此，蛋白质能够结合水和脂肪以形成蛋白质/水/脂肪基质。其它添加剂可能结合于、悬浮于或溶解于其中。这有效地将脂肪和水分的损失降低到不相干的程度或至少可接受的程度。因此，搅拌装置和其它设备不会遇到脂肪留在设备中的问题。在没有损失相当多的脂肪和水的情况下，最终产品的组成更容易控制。最终产品的质地是合乎要求的。测试方法，例如利用离心机来测量从混合物中逸出的脂肪量的Ronge法显示，该方法制成的混合物的稳定性等同于或超过传统分批加工制成的混合物的稳定性。
该系统也控制在成糜产品中形成蛋白质基质，成糜产品指的是含有1％或更少脂肪的无脂肪产品，如波洛尼亚香肠。这些产品通常为与水相混合的肉类/添加剂。在常用配方中，混合物缺乏脂肪，其趋向于打开蛋白质基质。正如所提到的，蛋白质能形成坚固的凝胶状结构，其具有形成巨大基质的长的、交叉结合的蛋白质丝。这就导致形成了消费者不想要的弹性质地，他们希望得到类似于全脂肉制品的质地。一般地，在无脂产品的这种蛋白质基质问题通过添加或选择配料来解决，尽管所谓的填料一般是不允许的。用于打开基质形成物的一种方法是加入情性添加剂，如淀粉或非功能性蛋白。尽管水分与蛋白质的结合阻碍了基质的形成，但是过多的水分会导致形成不能很好地结合在一起的软质产品，其可能使过量的水分流失。此外，水分可能在烹饪阶段和烹饪后的阶段中流失。
可以认为，无脂产品的这种问题主要是因为传统批量加工的搅拌时间造成的。可以认为，批量加工需要如此长的搅拌时间，以至出现了这种过度的蛋白质键合链接，且在该搅拌过程中开始形成基质结构。使用现有方法和设备对最终熟产品的分析显示，基质结构内存在明显的破坏。还可以认为，现有方法和设备的高剪切力阻止或阻碍了蛋白质键合链接的能力，和/或现有方法和设备中搅拌时间的显著降低导致降低或消除了蛋白质形成这些长基质链的能力。无论在何种情况下，用该方法所生产制成的波洛尼亚香肠和其它所谓的无脂或脱脂产品都不需要任何惰性添加剂来减少或避免形成大的基质，同时仍能生产出具有所需具有全脂肉制品质地特征的产品。
对于纯肉制品和粗磨制品而言，本设备和方法的另一优点是消除了公知的形成于肉表面上的可见蛋白质渗出物。更具体而言，在某些分批处理器中，当将粘性和粘稠材料如肉放入用于分批加工的腌桶中时，蛋白质、盐溶液和水分的组合就形成了蛋白质渗出物。在进一步的加工步骤如用泵输送之前，这种蛋白质渗出物必须预先破碎。因为本系统采用连续的加工，所以这种渗出物就没有形成的机会。
可以认为蛋白质渗出物来自于长时间的搅拌。即，随着用于全部组分获得足够的蛋白质提取物的时间过去，组分中的一些部分就允许过量的蛋白质提取出来。通过减少和控制整个组分中蛋白质提取物的量，就减少或消除了渗出物。当从搅拌器排出的混合物相对快速地输送以进一步加工，如填料包装或进行热处理时，混合物将不再继续腌制和提取额外的蛋白质。换言之，在搅拌器中的滞留时间少于形成可见蛋白质渗出物的所需时间，且并且从搅拌器中排出的蛋白质提取物基本上只停止一次。尽管有人提议说渗出物实际上是造成肉制品结合的原因，但是消除渗出物已经证明，这对于如本文所述所制成的最终产品没有有害影响。
在一些情况下，需要控制搅拌器外壳的温度。例如，可以认为，在形成粗磨产品时冷却搅拌器外壳是有利的。还认为，在搅拌过程中混合物内部温度最好保持在阈值之下，或者在加工过程中内部温度的最大升限以下。已经发现，在搅拌器中增加剪切功将提高混合物的稳定性，通过在沿着搅拌器长度上的位置冷却搅拌器外壳或加入添加剂如冷水来降低混合物温度，就可以增加滞留时间，或增加搅拌部件的转速(RPM)。更为特别的是，冷却混合物可以允许增加剪切功，同时将混合物的温度保持在阈值以下。
需要注意的是，排料口形式的出口尺寸的变化，必然会影响混合物在搅拌器中的滞留时间。该开口的尺寸范围可以是1/8英寸到2英寸。
一个商业上可得到的搅拌器例子，例如由Readco Manufacturing，Inc.，of York，PA生产的双轴连续处理机，其在相对旋转轴19上具有5英寸直径的搅拌部件18，且在约200rpm的转速时的生产率大约是6000lbs./hr。在运转中，轴的转速可以调节。采用如100-600RPM的转速可获得系统的良好运转。对于本系统，转速决定施加在混合物上的工作量，包括剪切。为了驱使混合物通过，可以使用搅拌部件18和/或用于输入组分的系统泵。需要注意的是，任何泵送力不是术语所指的“高压力”，这样的话，通常不会破坏泵、管和其它组成的结构完整性。这种压力不会强制脂肪与混合物分离。在其它实施例中，可以使用更大或更小的搅拌器，如直径8英寸的搅拌器，其具有至少20000lbs/hr和最多大约25000lbs/hr的通过量。该输出量可根据后续加工，如包装或形成填密或烹调而变化。通常，用于烹调的热处理或冷却决定了实际的搅拌装置的输出生产率，而不是后续的可处理能力。
如图2-5所示，每个图示的搅拌部件18均具有轴可以穿过的孔200。为了将每个搅拌部件联接到轴上以便一起转动，每个搅拌部件都具有从中穿过的非圆形孔，并且轴具有相同形状的横截面。在所示实施例中，每个搅拌部件都具有通常为正方形的孔，并且轴相应地具有正方形的截面。更具体的是，搅拌部件18a(图3)具有正方形孔，正方形的两个角与搅拌部件18a本身的尖端对准。作为对比，搅拌部件18b(图4)具有正方形孔，其两条边与搅拌部件的尖端对准。搅拌部件18a称为“菱形”的搅拌部件，而搅拌部件18b称为“正方形”的搅拌部件。因此，一个搅拌部件上的孔可以相对于其它方面相同的第二个搅拌部件而旋转45度。
如图21中所示的，从搅拌器的输出端来看，搅拌部件18a、18b能围绕具有基本上四个不同初始位置或方向的轴定向。第一方向与经过标号为“1”的垂直对齐位置的搅拌部件尖端对准。第二方向与标号为“2”的位置的尖端对准，其在逆时针方向上偏离第一方向达45度；第四方向与标号为“4”的位置的尖端对准，其在顺时针方向上偏离第一方向达45度。第三方向与通过标号为“3”的大致水平位置的尖端对准。尽管如此，应当注意的是，搅拌部件在轴上的初始位置可以按照需要绕轴的轴线而无限制地变化。
如前所述，可以在不同的旋转方向和按照不同顺序设置搅拌部件，即用于改变剪切率、生产率、和/或其它加工参数的设置。搅拌部件也可以与不同配置的搅拌部件互换。在另外的实施例中，为了有利于设备的清洁和消毒，搅拌部件可以与轴整体形成单件的一体式转子，或者搅拌部件可以其它方式被支撑而一起旋转。
在所示实施例中，搅拌部件18a(图3)和搅拌部件18b(图4)具有大致类似于美式足球的卵形剖面形状，其在每一端都具有一个点或非常小的曲率半径。所示搅拌部件18a、18b具有平面的平行面206和弧形的外边缘表面204。如图3所示，搅拌部件18a具有垂直于这些面的边缘表面204。对于图4中所示的搅拌部件18b，边缘表面204与这些面呈一定角度，所述的这些面相互间具有些轻微的角度偏移，以便搅拌部件的旋转在推动混合物通过外壳时提供向前的或相反的运动。一个或多个搅拌部件18b可协助螺旋17推动混合物通过外壳。可选择的是，一个或多个搅拌部件18b可相反地运动，以向后推动混合物。这可以形成增大的流动阻力或反向流动的区域，增加混合物或混合物特定部分的滞留或搅拌时间，且增加搅拌装置所进行的加工。图5示出了另外的搅拌部件18c。搅拌部件18c具有大致圆形或圆盘形的形状。每个搅拌部件18a和18b都可具有1/2英寸到1英寸的宽度，搅拌部件18c可具有1英寸到2英寸的宽度。隔板也可设置于每个部件之间。
在每个轴19上，每个搅拌部件18相对于相应轴上的一个或多个搅拌部件具有纵向滑动，以避免配料在搅拌部件上的堆积。这种自清洁特性有助于维持配料流动通过搅拌器，且有助于维持配料的良好分配。轴19优选为可以从外壳20上拆下的单一整体部件。
改进的螺杆30可连同一个或两个上述图2中所示的螺杆17和搅拌部件18一起使用，或用于取代之。螺杆30具有螺旋状的外边缘34，外边缘34相对于螺杆轴按预定半径布置，且与外壳内部间隔开狭小的缝隙，例如大约0.8英寸。在螺杆表面32上设置了很多用于刺穿混合物纯肉成分的刃形突起或凸块40，以促进蛋白质提取。所示的每个突起40具有五个暴露面。每个所示突起包括两对大致平行的四边形侧面41和一个四边形端面43。该端面为矩形，优选为正方形，且与侧面垂直。端面和侧面基本上是平面。
搅拌部件的排列可以根据用于不同的滞留时间，还是用于将应用的不同数量和类型的加工，而以不同方式来构成。例如，初始段可为有螺旋凹槽的部件或螺杆，其可用于泵送通过外壳。螺杆也可用于使输入肉块的初始大小减小，例如，将测量为几磅重的一片肉减小到测量为几盎司或更小的多片肉。这可以通过例如提供切割或撕裂边缘的凹槽边缘来实现，和/或通过设置具有与上述部件30相同、相似表面特征的凹槽表面来实现。例如，当混合物通过搅拌部件18时，第一组搅拌部件可设置成用于提供第一级剪切力施加，其主要用于搅拌或允许在蛋白质和盐溶液间发生上述反应。然后，该混合物可通过第二组搅拌部件，该第二组部件施加第二级更高水平的剪切力的作用，以用于这里所述的目的。还可以由其它的分组以用来施加低于第二级剪切力的剪切力，以用于进行额外的搅拌，随后是施加最终高剪切作用的最后一组搅拌部件，例如用于最终尺寸的减小或磨碎。
以这种方式使用的搅拌装置允许连续加工，其中当待加工的新物料由输入端进入时，混合物就形成了将在一端输出的稳定的混合物。包括一个或多个碾磨机的预输入进料漏斗可用于将肉送入输入线上，并且用于一定量的肉块尺寸的减小，以促进肉被泵入搅拌装置中。用这种方式，肉和其它组分可同时送入到连续处理机中，以便尺寸减小、搅拌、磨碎、蛋白质提取和成糜可连续进行且在单片设备中完成。因此，可减少设备的数量，减少设备所需的占地面积，简化了设备的消毒，同时减少了混合物受污染的机会。
旋转搅拌部件如搅拌部件的构造可以根据待搅拌或待生产的产品类型来调节。例如，可生产出光滑和细小肉糜产品的细碎产品如波洛尼亚香肠。也可以生产出更粗磨的产品如意大利腊肠。另外，也可以加工出纯肉制品如火鸡或火腿。
图15-20所示为一系列在搅拌器外壳内的轴上设置的部件的构造。图15中显示了搅拌器200，其具有安排在搅拌器200的输入端202并提供搅拌区域的进给螺杆FS。沿第一轴设置了两列搅拌部件，即在上面提到作为平面搅拌部件18a的搅拌部件F以及在上面提到作为螺旋搅拌部件18b的搅拌部件H，以用于提供应用剪切区域。第二轴(未示出)设置成与第一轴平行且载带了螺杆FS和搅拌部件H、F，对螺旋FS和搅拌部件H、F的选择对应于第一轴上的上述部件。如图所示，搅拌部件H和F具有第一编号5-28来指示它们在所述列中的位置，每个搅拌部件H、F的定向是通过对应于图21所示第二编号的相对位置来设定的。如图所示，液体注入孔可沿搅拌器的长度设置，用于向其中提供液体流。如上所述，进给螺杆FS主要是低剪切部件，用于推动组分通过搅拌器200，而搅拌部件H、F是高剪切部件，用于对搅拌器200内的组分做功。在这种构造中，每个轴具有六个进给螺杆FS，十一个螺旋搅拌部件H和十二个平面搅拌部件F。反向螺旋搅拌部件RH设置在出口的近端，用于推动混合物离开搅拌器出口截面206附近的出口壁204。
图16所示为与搅拌器200相似的搅拌器300。尽管如此，搅拌器300示出了位于输入端302的一列螺杆FS下游的第二列螺杆FS。以这种方式，搅拌器300提供了对应于螺杆FS的两个搅拌区域，并提供了两个剪切施加区。另外，这种结构为每个轴提供了六个进给螺杆FS，十个螺旋搅拌部件H和十三个平面搅拌部件F。螺旋搅拌部件H促进混合物移动通过搅拌器300，如上所述。与搅拌器200中的螺旋搅拌部件H的数量相比，搅拌器300中螺旋搅拌部件H的数量减少，因此施加在搅拌器300结构中的剪切力更大。
图17显示了搅拌器400，其具有通过进给螺杆FS提供的两搅拌区域，以及两剪切应用区。搅拌器400包括八个螺旋搅拌部件H和十五个平面搅拌部件F。同样，与搅拌器200和300中螺旋搅拌部件H的数量相比，其螺旋搅拌部件H的数量减少，而施加在搅拌器400结构上的剪切力要增加。
图18显示了搅拌器500，其具有靠近输入端502的单个搅拌区域，而搅拌器的其它部分施加剪切力。在这种构造中，标号为4-6和9-11的部件为成对的尺寸缩小一半的平面搅拌部件F，其中一对中的每一个搅拌部件都与直接相邻的搅拌部件呈45度角。这样的排列允许在混合物移动通过该区域时对其进行更多的做功，这样就给予混合物更多的剪切力。此外，提供了3个额外的反向螺旋搅拌部件RH。当螺旋搅拌部件H促使混合物移动通过搅拌器时，反向螺旋搅拌部件RH减缓了这种移动并给混合物提供一个反向的力。与平面的或螺旋的搅拌部件相比，这种作用独自增加了所施加的功，也增加了滞留时间，从而进一步增加了施加到混合物上的功和剪切力。进给螺杆FS的数量减少到四个，从而允许更多高剪切部件安装于轴上。除了采用尺寸缩小一半的平面搅拌部件和反向螺旋搅拌部件RH之外，该构造仅仅采用了三个螺旋搅拌部件H和十五个平面搅拌部件F。
更大的剪切力作用是通过如图19中的构造实现的。搅拌器600类似于搅拌器500。但是，提供了起泡环BR，其如上所述为搅拌部件18c。为了适应起泡环BR，仅设置了十四个平面搅拌部件F和两个螺旋搅拌部件H。起泡环BR所施加的剪切比任何螺旋的、平面的或反向的螺旋搅拌部件所施加的剪切都要大。
图20显示了更高剪切力的施加。对于图20中所示的搅拌器700而言，去除了螺旋搅拌部件H，总共设置了4个反向螺杆。相比之前图15-19中所述的每个构造，搅拌器700在混合物上施加了更大量的剪切力和功。
使用法兰克福香肠产品配方，来测试用其所用各种混合物的成糜稳定性。当混合物离开搅拌器、不论是分批处理机还是本文所述的设备时，混合物通过其它机器和力进行加工。因此，混合物不能在后续加工中失去稳定性。如上所述，如果其最终产品的因在烹饪过程中脂肪逸出的损失少于2％，就认为肉糜是稳定的。参考图13的表格，存在对应于图15-20所示构造的许多测试条件下的测试结果，且条件5和16表示由传统分批搅拌系统做成的对照批次。进行该测试，将每种条件下生产的混合物放入独立的整体机器中，其所施加的剪切力比本文所述设备所施加的剪切力要大许多倍。在施加额外剪切的每分钟之后，取下样本并对其进行烹饪。
通常认为，如果施加3分钟的额外剪切而得不到由于脂肪逸出具有超过产品重量2％损失的烹出物的肉糜，则肉糜是足够稳定的。在导致过多脂肪和水分烹出物的额外功之前，测试确定，对比混合物能经受额外剪切力持续大约6-8分钟，在更长时间段内就不稳定了。如图13所示，每一种其它条件使混合物能经受至少3分钟的额外剪切力作用。对于搅拌器500、600、和700来说，肉糜稳定性相当于或优于批量处理混合物的肉糜稳定性。额外的剪切力作用使肉糜失掉稳定性的时间点指的是破碎时间，并且该测试结果在图14的图表中示出，以显示每种条件下的破碎时间。还应该注意，每种条件下的熟产品在最后外观上没有显著差异。
配料优选通过输入管线泵送到搅拌器中，尽管也可选择使用进料漏斗62，如图1所示。如前所述，预输入漏斗68可用来作为储存装置，工厂员工将一些物料装入预输入漏斗68。另外，碾磨机或预搅拌装置64可以设置在漏斗62之前或之内，以提供初始的搅拌、碾磨或混合作用，且/或协助泵送输入流向下通过漏斗。
配料作为输入流通过多个输入部件66来供应。这些输入流可包括主要包含瘦肉或肌肉含量的第一流，包括脂肪含量为主的第二流，包括一种或多种盐溶液如氯化钠水溶液以及任何香料或调味料的第三流，包括亚硝酸盐水溶液的第四流，以及包括基本上为水的第五流。额外的配料包括调味料，如香料、防腐剂和/或其它可进入附加流中的配料，或可并入到上述五种输入流中的一种输入流的配料。可用两种以上的肉来生产某些肉制品，在这些例子中的某些例子中，系统可包括另外的输入部件。在其它情况下，某些肉制品需要较小数量(相对于全部混合物而言，例如在2-5％的范围内)的许多特定肉类，且这些可以相对较低的比例而被预搅拌并输送至具有单独输入的搅拌器，其用于对其进行计量。每条输入管线可设有漏斗68，或者可容纳相应的预搅拌量的组分的罐。例如，使用了相对较低比例的亚硝酸盐溶液，因此在大桶中通过输入管线计量的单一预搅拌量就足以用于连续加工。还可设置剩余肉糜管线，以将肉糜返回到搅拌器中重新加工。
在如图1所示的实施例中，每个输入部件66包括用于将配料传送到进料漏斗62的进料管80；在进料管上的含量分析仪82；以及位于进料管上的分析仪下游的计量泵84或阀。在其它实施例中，例如在图7所示的实施例中，含量分析仪用在部分但不是全部的输入部件上。
当配料流通过相关的含量分析仪82时，该配料流就被分析，以确定例如脂肪含量、含水量和/或蛋白质含量。为了以所需比例在各种配料之间达到平衡，控制系统接收来自多个分析仪的输入，并调节计量泵84的通过量，以便配料按照产品配方指定的所需比例而流入进料漏斗62中。
可使用多种方法来分析脂肪含量、含水量和蛋白质含量。已知的方法包括使用微波能量或红外线。可买到的在线分析仪可进行编程，以分析较宽范围的多种物料的特性，如从石油化学物到已加工干酪的特性。这些分析仪的例子包括由Weiler and Company，Inc.，of Whitewater，WI生产的在线分析仪GMS#44和GMS#46以及由ESE Inc.of Marshfield，WI生产的加工计量器。这些分析仪对于每一单独的应用通常必须由厂商或最终用户来校准。
图7显示了本发明实施的一种加工，包含平衡多股输入流流率的控制系统100，以便使用前馈分析将成分参数保持在所需的范围内。在图7所示的加工中，具有两种肉类输入流102和104。在其它实施例中，该加工可仅仅使用一种肉类输入流，或使用三种或更多种肉类输入流。
该加工优选使用一股或多股额外的输入流以提供水分、香料增强剂、防腐剂和/或其它配料。在图7所示的加工中，具有三种非肉类输入流，包括香料/水混合物输入流106，水输入流107，以及亚硝酸盐水溶液输入流109。其它实施例中可使用更多或更少的非肉类输入流。
为了生产具有所需水分、脂肪和蛋白质含量水平的混合物，控制系统100通过调节与每一输入流相关的泵或阀的速度来调节输入流的流率。在图6中所述的实施例中，计量泵110和112调节肉类混合输入流的流率，并且使用另外的泵或阀114、115和117来调节其它输入流的流率。
使用前馈方法进行调节，由此基于上游分析泵和阀来提供适当的相关数量的输入流。为了决定是否需要对各种流率进行调节，控制系统100利用含量分析仪82来决定在计量泵110和112上游的配料输入流102、104的蛋白质、脂肪和/或水分含量水平。在一些实施例中，在组分到达与输入流关联的计量泵之前，对于进行分析的每种输入流组分完成分析，因此就可以根据需要来调节相关的输入流流率，以便将组合输出流的所需成分参数保持继续处于目标范围内。在其它实施例中，可以在组分通过计量泵后再进行分析，且对流率可进行必要调节，以便记入延迟。因此，可以优选调节进入搅拌器的蛋白质、水分和脂肪的百分含量，以在输入流流入漏斗中时进行调节来改变输入流的特征，而不是响应于来自搅拌器10下游测量的混合物的特征来进行调节。
更具体地说，控制系统100首先接收用于肉制品的指定配方，如来自于数据库的配方。然后控制系统100接收关于通过分析仪的肉的组成(即脂肪含量、水含量等等)信息。控制系统求解出一组质量平衡联立方程，用于确定通过分析仪的材料释放具有用于最终肉产品的适当比例。对于材料处于短期平均平衡之外的程度而言，控制系统100将调节一个或多个泵的速度，以便将质量平衡保持在可容许的范围内。这些方程可能是相同方程，为了如上所述基于批量表单来调节输入材料，将由工作人员另外求解。通过给控制系统100提供生产出所需最终肉制品的混合物的标准已知参数，控制系统100就能自动、连续且动态地调节混合物，使得输出具有一致性且适当地平衡。如前所述，在传统的批量系统中，取样仅仅能从搅拌桶中进行，在搅拌桶中调节平衡既困难又冗长。控制系统100和搅拌装置允许一致且均匀地生产出组分受控的混合物，更严格的组分控制可增加产品的产量并提高产品的质量。
搅拌器10优选包括用于排出混合物的输出口122，且可以包括出料漏斗124，其用于接收混合物并引导它到输送泵126。如果需要在低气压下维持该过程，则一条或多条真空管线可与设备在一个或多个连接点处相连通。图1显示了与进料漏斗62相连通的真空管线120。在其它实施例中，真空管线可以连接到除输入漏斗之外或代替输入漏斗的其它位置。例如，真空管线可连接到出料漏斗，连接到进料漏斗和出料漏斗之间的连接点，以及连接到出料漏斗下游的连接点。
当蛋白质提取在存在盐溶液的情况下与时间和剪切力相关时，动力驱动器12可以是变速马达，使得组分包含在外壳20中，进行允许盐溶液的浸入和剪切作用所必须的一段时间的搅拌混合。
与检测肉类组成的脂肪、水分和蛋白质含量有关，已经发现，含水量可能与脂肪和蛋白质含量相关。可以认为，这种相关度可足以使已知供给源中肉类组成的含水量用作脂肪和/或蛋白质含量的足够精确的预报因子，脂肪和/或蛋白质含量可通过测定含水量而被有效地测定。因此，在本发明的某些实施例中，测定脂肪和/或蛋白质含量的步骤可包括在适当校准水分仪表之后测量含水量。然后，控制系统可基于一种或多种输入流的含水量读数来控制脂肪和/或蛋白质的输入。
在使用此处描述的系统中，工厂员工可以从用于特定肉制品配方的数据库中接收该批量表单。然后工厂员工可选择基于脂肪、蛋白质和/或水分含量的适当的肉，输入到系统中。尽管如此，他们选择的精确度不需要如此精确，通常可依靠供货方提供的参数等级。此外，系统允许肉块直接输送到预输入漏斗68中，其可以执行初始尺寸的减小或可以不执行，因此不需要注入或腌制阶段以及相应的桶。此时，控制系统100接管了对肉和其它组分的加工处理。控制系统100本身自动接收或从数据库自动拉出批量表单并计算必要的质量平衡方程。如前所述，控制系统100监控和调节包括泵和搅拌装置的系统，以生产大致均匀组成稳定的蛋白质基质。来自于搅拌装置的肉制品混合物的输出流可以首先进入缓冲料斗中以便将在该系统中次要破碎考虑进去，然后可容易且简单地输送到下一步的加工步骤中，如包装或形成填密和烹饪/热处理。从底部到顶部装满缓冲料斗，以便使用时没有搅拌或通风问题。控制系统分析所需要的组分和现有的组分，并据此调节。因此，就降低了人在提供组分方面的互动，例如通过将肉装入到漏斗68内，以及对来自于系统的警报作出响应，所述警报用于通知出现如组分逸出等问题。这种结果就减少了人工，更精确和更高产量(更少的产品损失)，更大的食品安全以及由于基本上封闭的系统和无传输而降低了污染的可能性，通过除去桶和冷却器就减少了对空间的需要，提高了产品的一致性，并且因消除了桶和输送而降低了维修成本，以及因消除了桶本身和浸渍步骤而节约了成本。
控制系统100和联合数据库之间的通讯可以双向地进行。也就是说，控制系统100可以直接接收基础配方的批量表单，配方标准如最大脂肪含量，以及最终成糜的目标，以及将关于实际使用的物料提供反馈给数据库。当数据库可能具有一个过期的或不精确的配方时，可上载从控制系统100中来的信息以改正该配方。另外，与供货方提供的通常为小样本估算的等级相比，控制系统可提供详述了实际组分等级的信息。这就允许了查看供货方的历史，并能倾向于改变特定供货方所提供的肉。数据库可使用这种反馈，用来估算库存的和需要购买的物料，也将产量与所使用的物料作比较。通过该系统进行的数据收集可趋向于操作的各个方面，以寻求其中的低效率之处及其改进。在现有系统中，数据库趋向具有静态的配方，而本控制系统允许配方的动态重定位。控制系统因此可对物料改变作出响应，对不可用的物料进行补偿，并提供反馈给数据库，以重新设定数据库中的配方。
从前面所述中应认识到，本发明提供了一种用于某些加工肉制品的肉类组分的有效蛋白质提取和搅拌的新型的改进的方法。术语“肉类”在这里广泛应用，指的是如牛肉、猪肉、禽肉、鱼肉和肉类副产品等肉类，包括全部或主要为脂肪的分割肉或肉片，也包括具有高蛋白含量的瘦肉的分割肉或肉片。术语“肉制品”和“肉类配料”在这里广泛应用，指的是单独包含肉类的产品或配料，或肉与其它组分相结合的产品或配料。
上述的优选实施例涉及连续加工，即在组合输出的排出期间输入配料的加工。在这些加工中，该输入和/或输出步骤可周期性地中断或可以是间歇性的。
本发明的优选实施例被认为可有效地用于在与某些现有技术分批搅拌过程中所使用设备相比小得多的设备中实现快速蛋白质提取和食品组分搅拌。除减少占地面积的需求外，与现有技术的加工和设备相比，本发明的优选实施例还可降低成本和减少清洁时间。本发明也可通过更加精确地控制组合输出流的组成，而显著地节省了成本。
尽管上面描述了几种具体实施例，但本发明并不限于这些实施例。本发明通过权利要求进行进一步的描述。
权利要求
1.一种用于加工肉类的方法，包括将包含第一种肉和盐溶液的多种组分放入具有至少一个旋转装置的搅拌器中；和在所示搅拌器中的所示多种组分上施加高剪切力，使所示搅拌器中的各种组分混合，以形成稳定的肉类混合物。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述组分还包含第二种肉、亚硝酸盐、水和味道添加剂中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述肉包含可用盐提取的蛋白质丝，对组分施加高剪切力的所述步骤通过使蛋白质丝变形以允许盐溶液进入其中，而将所述盐溶液与所述肉中的蛋白质结合起来。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述搅拌器具有第二旋转装置和外壳，所述外壳具有输入端、输出端和一对旋转装置，所述一对旋转装置安装在旋转轴上且相互之间以及相对于所述外壳内表面紧密邻近地安装，用于对所述外壳内的组分做功，所述方法进一步包括将含有第一种肉的组分输入所述系统中，所述第一种肉具有可用盐提取的蛋白质丝；将至少一种含有至少一种添加剂的组分输入所述系统中，其中所述至少一种添加剂包含盐溶液；推动所述组分从所述外壳的输入端朝着输出端移动；和通过转动所述旋转装置而在所述旋转装置之间以及在所述旋转装置与所述外壳内表面之间对所述组分施加高剪切力，以便在少于1分钟的相对较短时间段内，将所述组分从所述输入端推到所述输出端。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述将组分从所述搅拌器外壳的输入端推到输出端的相对较短时间段为10-45秒之间。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述旋转装置相互之间以及与所述外壳内表面之间紧密邻近，并且与所述外壳内表面的间隔大约在1/8英寸以内。
7.如权利要求6所述的方法，其中，提供了至少一个泵，以用于推动所述组分通过所述搅拌器外壳。
8.如权利要求7所述的方法，其中，具有稳定蛋白质基质的肉类混合物从所述搅拌器的输出端排出。
9.如权利要求8所述的方法，其中，由于脂肪逸出，所述肉类混合物允许少于2％的肉类混合物的重量损失。
10.如权利要求4所述的方法，其中，输入组分的所述步骤中的至少一个步骤进一步包括，测定至少一种以流形式输入的组分的至少一个成分特性，基于采用前馈组分分析的测量结果来控制所述流的相对流率，以便保持至少一个成分特性处于预定的范围内；其中，所述方法进一步包括产生从输出端排出的组分的流，其具有预定范围内的所述成分特性。
11.如权利要求10所述的方法，其中，从输出端排出的所述肉类组分具有足够的蛋白质提取物，其能够在随后烹饪之后形成内聚性的，自支撑的加工肉制品。
12.如权利要求11所述的方法，其中，对组分施加高剪切力的所述步骤包括使所述盐溶液进入所述肉类流中。
13.一种用于加工肉类的设备，包括具有外壳的搅拌器，其中所述外壳具有输入端、输出端、一对定位于所述外壳内的旋转轴，所述旋转轴具有定位于至少所述旋转轴一部分上的若干高剪切搅拌部件，以及用于旋转所述轴的动力源；和用于将组分输入到所述搅拌器中的系统，其用于形成稳定的肉类混合物并且推动所述组分从输入端到输出端。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述用于输入组分的系统包含多股用于输入组分的输入流，且每股输入流具有一个进料漏斗。
15.如权利要求14所述的设备，其中，将组分输入搅拌器的所述系统进一步包括多条输入管线，其提供多股输入流，至少一条所述管线提供了包含肉的输入流；以及控制系统，其基于前馈分析来控制至少一股所述输入流的流率。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述一对旋转轴包括螺杆，所述螺杆具有位于其上的若干独立的、不连续的突起，每个所述突起包含具有锋利边缘和转角的齿，所述齿能刺穿肉来促进蛋白质提取，每个所述齿都具有至少一对大致平行的侧面和一个四边形的端面。
17.如权利要求16所述的设备，其中，至少一股所述输入流为不同质的，所述控制系统包括至少一个在线分析仪，所述分析仪用于分析所述至少一股不同质输入流的成分特性。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述控制系统包括用于每股输入流的泵或阀，并且所述控制系统基于在线分析仪所做的成分特性分析，来控制所述至少一股输入流的相对流率。
19.如权利要求18所述的设备，其中，每个所述突起包括矩形外表面，一对与所述外表面相交的平行侧面，以及一对与所述侧面和所述外表面均相交的平行端。
全文摘要
公开了一种设备和方法，其中，肉制品组分在高剪切力下进行搅拌，以使各种组分合并成具有稳定蛋白质基质的混合物。该设备系统包括在外壳中的搅拌装置，输入流被导入该外壳中。为了快速形成蛋白质基质，该系统随后在小体积上施加高剪切力以便将所述组分搅拌混合在一起，从而快速混合肉类组分和其它配料。所述高剪切力使肉变形和扭曲，并允许其它配料被迫进入肉的蛋白质丝中，这使得不需要用于蛋白质提取的腌制阶段。
文档编号A22C5/00GK1826914SQ200610073979
公开日2006年9月6日 申请日期2006年2月17日 优先权日2005年2月18日
发明者P·G·莫林, M·L·里夫, J·L·拓梅, D·B·威尔克, D·T·马科姆 申请人:卡夫食品集团公司