用于将填料封装在食物产品中的装置和方法与流程

本申请要求提交于2014年7月30日的美国临时申请No.62/030,666的优先权，该美国临时申请的公开内容以引用方式并入本文。

背景技术：

本公开总体上涉及用于将填料封装在食物产品中的装置和方法。更具体地，本公开涉及将粘性填料诸如肉汁引入条块基体中以使得填料在蒸煮后仍被条块基体封装。

常规条块型食物产品通常是在具有条块型食物产品的形状的容器中销售的凝结的糜状物。条块型食物产品常常用作宠物食品，因为它们易于制造、易于被动物消化、对动物有极好的适口性，并且易于配制为含有必要的营养物和微量元素。

宠物主人一直寻求对他们的宠物有吸引力的罐装食物形式或品种。虽然含填料的条块产品可能就是这种宠物食品，但是难以实现在不在产品侧面中形成孔洞并且还不折损生产速度的情况下将填料分配到条块产品中，形成孔洞会使填料从期望中心位置迁移并溢出产品，折损生产速度减少产品产量。

技术实现要素：

本公开涉及一种填充设备，所述填充设备包括修改的真空填充头，其将粘性填料诸如肉汁引入条块基体中以使得填料在蒸煮后仍被凝固条块基体封装。填料可保留为粘性肉汁，或者可凝固为凝胶，这取决于填料的配制物。优选地，在罐远离填充设备下降的暂停期间，粘性填料水平地分布到条块基体中。

本公开的优点是将粘性填料引入含肉条块基体中心中以使得填料在蒸煮后仍被凝固条块基体封装。

本公开的另一优点是提供形成罐装宠物食物产品的装置和方法，该罐装宠物食物产品包含基本上或完全地封装第二组合物诸如肉汁的第一组合物诸如肉糜。

本公开的另一优点是提供形成罐装宠物食物产品的装置和方法，该罐装宠物食物产品包含两个分离的相，它们具有相对于彼此不同的外观和/或质地。

本公开的另一优点是将第二组合物(例如，肉汁)注射到第一组合物(例如，肉糜)中，使得第二组合物不到达该第一组合物的侧面，同时维持所得罐装食物产品生产速度，诸如每分钟1000罐或更多。

本公开的另一优点是为消费者及其宠物提供带来多样性和吸引力的罐装食物产品。

本公开的另一优点是提供通过修改标准真空填料来形成罐装宠物食物产品的装置和方法，该罐装宠物食物产品包含基本上或完全地封装第二组合物诸如肉汁的第一组合物诸如肉糜。

本公开的另一优点是形成罐装宠物食物产品，该罐装宠物食物产品包含第一组合物诸如肉糜，该第一组合物基本上或完全地封装第二组合物诸如肉汁，但是在该宠物食物产品的任何侧面上具有非常小的孔洞或没有可见的孔洞。

本文描述了额外的特征和优点，并且根据以下具体实施方式和附图，这些特征和优点将显而易见。

附图说明

图1A示出在本公开提供的实施方案中含第一组合物的宠物食物产品的透视图，该第一组合物完全包封第二组合物。

图1B示出在产品已被切开之后的图1A的宠物食物产品的透视图。

图2示出本公开提供的方法的实施方案的流程图。

图3-图7是本公开提供的填充设备的实施方案的示意图，并示出其操作。

图8示出本公开提供的喷嘴的实施方案的透视图。

图9是在实施例中使用的具有竖直孔的喷嘴的照片。

图10是在实施例中使用的具有水平孔的喷嘴的照片。

图11是描述在实施例中实验比较的样本的表。

图12是在实施例中试验1的食物产品的顶侧的照片。

图13是在实施例中试验2的食物产品的顶侧的照片。

图14是在实施例中试验2的食物产品的底侧的照片。

图15是在实施例中试验2的被切开的食物产品的照片。

图16是在实施例中试验3的食物产品的顶侧的照片。

图17是在实施例中试验3的食物产品的底侧的照片。

图18是在实施例中试验3的被切开的食物产品的照片。

图19是在实施例中试验4的食物产品的顶侧的照片。

图20是在实施例中试验4的食物产品的底侧的照片。

图21是在实施例中试验4的被切开的食物产品的照片。

图22是在实施例中试验5的食物产品的顶侧的照片。

图23是在实施例中试验5的食物产品的底侧的照片。

图24是在实施例中试验5的被切开的食物产品的照片。

图25是在实施例中试验6的食物产品的顶侧的照片。

图26是在实施例中试验6的食物产品的底侧的照片。

图27是在实施例中试验6的被切开的食物产品的照片。

图28是在实施例中试验7的食物产品的顶侧的照片。

图29是在实施例中试验7的食物产品的底侧的照片。

图30是在实施例中试验7的被切开的食物产品的照片。

图31是在实施例中试验8的食物产品的顶侧的照片。

图32是在实施例中试验8的食物产品的底侧的照片。

图33是在实施例中试验8的被切开的食物产品的照片。

图34是示出对于实施例中的试验中的每个，肉汁、条块和总产品的量的标准偏差的表。

具体实施方式

如在本发明和所附权利要求中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物，除非上下文另外明确规定。词语“包括”、“包含”和“含有”都将被解释为包含性的而非排他性的。同样地，术语“包括/包含(include)”、“包括/包含(including)”和“或”都应当视为包含性的，除非上下文明确禁止这一解释。然而，本文公开的设备和方法可以不含未明确公开的任何要素。因此，使用术语“包括/包含”的实施方案的公开内容包括“基本上由所指明的组分和步骤组成”的实施方案和“由所指明的组分和步骤组成”的实施方案的公开内容。

术语“封装”是指封装的组合物完全地或基本上封装在食物产品中。如果在食物产品表面上可见到的封装的组合物少于20％，优选地少于10％，更优选地少于5％，最优选地少于1％，那么该封装的组合物是“基本上封装的”。

术语“罐”是指刚性可蒸煮容器，例如金属容器诸如金属或金属合金罐、塑料容器、玻璃容器，以及它们的组合。术语“罐装”是指将食物产品容纳在罐中。

术语“宠物”是指可受益于或享受本发明提供的食物产品的任何动物。宠物可为鸟类动物、牛类动物、犬科动物、马类动物、猫科动物、山羊类动物、狼类动物、鼠科动物、绵羊类动物或猪类动物。宠物可为任何合适动物，本公开不限于特定宠物动物。术语“伴侣动物”是指狗或猫。术语“宠物食品”是指用来供宠物食用的任意组合物。

本文中使用的范围是缩略的，以避免列出该范围内的每个值。可选择范围内的任何适当的值作为该范围的上限值或下限值。此外，本文中的数值范围包含该范围内的所有整数，全部或部分。

本文中表示的所有百分数均以占食物组合物总重量的重量百分数计，除非另有表示。提及pH时，其值对应于使用标准设备在25℃下测量的pH。如本文所用，关于数字的“约”或“基本上”应理解为是指某一数值范围内的数字，例如该所提及数字的-10％至+10％，优选-5％至+5％，更优选为-1％至+1％，以及甚至更优选地-0.1％至+0.1％。

图1A和图1B大体示出包含第一组合物11的食物产品10的实施方案，并且第一组合物11形成封装第二组合物12的外部基体。这些附图示出完全地封装第二组合物12的第一组合物11，但是食物产品10的一些实施方案具有基本上封装第二组合物12的第一组合物11。

食物产品10可具有与罐内部的形状相对应的形状，食物产品10形成在罐中。例如，食物产品10可以是基本上圆柱形的。然而，食物产品10并不限于特定形状，并可具有任何形状。

优选地，第二组合物12基本上在食物产品10中居中，并且具有球形或卵形的形状。例如，第二组合物12的中心优选地与食物产品10的中心大致相同。然而，食物产品10并不限于图1A和图1B中示出的特定实施方案。

食物产品10可为宠物食品，优选地供伴侣动物食用。可将食物产品10形成在罐中，如本申请的下文中更详细地讨论的。第一组合物11和第二组合物12可包含任何合适量的食物产品10。例如，第一组合物11可占食物产品10的约25％至约75％，而第二组合物12可占食物产品10的其余75％至25％。

在实施方案中，食物产品10可为由授予Watelain等人的于2013年5月17日提交并于2013年11月21日公开为美国专利申请公开No.2013/0309372的美国专利申请No.13/896,470公开的食物产品中的一种，该专利申请全文以引用方式并入本文。然而，食物产品10并不限于本文中公开的食物产品。

优选地，第一组合物11和第二组合物12是不可混溶的，或者说是具有低混溶性，并且因此在食物产品10中形成不混合的两个不同的相。食物产品10的该实施方案包括两个分离的相，即，对应于第一组合物11的外相和对应于第二组合物12的内相。

在实施方案中，第一组合物11是糜状物，优选地是肉糜。该肉糜可包含任何合适成分，例如纤丝状蛋白质和多糖。合适纤丝状蛋白质包括肌球蛋白、肌动蛋白、肌动球蛋白、胶原蛋白，以及它们的混合物，例如来自牛类、马类、羊类、鸟类、猪类、山羊类、绵羊类和鱼类来源的蛋白。合适多糖的实施例包括淀粉、树胶或它们的混合物。

在实施方案中，第二组合物12是分散体，诸如胶体分散体，例如水胶体分散体。优选地，第二组合物12是可流动溶胶、乳剂或凝胶。如下文将进一步详细讨论的，可将食物产品10蒸煮；根据第二组合物12的配制物，第二组合物12可保留其被注射到第一组合物11中的原始形式，或替代地，蒸煮可使第二组合物12的形式发生改变。例如，第二组合物12可作为可流动溶胶或乳剂注射到第一组合物11中，并且蒸煮食物产品10可将第二组合物12的形式变为凝胶。

在优选实施方案中，第二组合物12是包含增稠剂的肉汁，该增稠剂是淀粉或树胶中的至少一种。合适树胶的实施例是结冷胶、黄原胶、槐树豆胶、果胶、角叉菜胶(例如，k-角叉菜胶、l-角叉菜胶和/或λ-角叉菜胶)、纤维素胶(例如，羧甲基纤维素)、阿拉伯树胶、魔芋、瓜尔胶、琼脂、肉桂胶、藻酸盐等，以及它们的组合。合适淀粉包括天然淀粉、淀粉酯、淀粉醚和改性淀粉，诸如用异抗坏血酸改性的淀粉，以及它们的组合。淀粉来源可包括例如小麦、大麦、水稻、木薯、马铃薯和玉米。肉汁还可包含葡萄糖和/或甘氨酸，并且还可根据需要包括着色剂。还可根据需要包括为肉汁添加调味和/或香味的成分。

第一组合物11和/或第二组合物12可任选地包含附加成分。例如，第一组合物11和/或第二组合物12可包含用于美观吸引力或营养功能的真实或模拟成分的可见片段。在一些实施方案中，第一组合物11或第二组合物12中的至少一种包含溶解或分散的营养成分、调味或香味化合物、或封装的风味剂或营养物，以用于在蒸煮期间、在口中、或在消化道中释放。

图2示出方法100的实施方案，罐装食物产品可通过该方法制得。在步骤102中，方法100可包括形成优选地为彼此分离的第一组合物和第二组合物。在实施方案中，第一组合物是糜状物，优选地是肉糜。在实施方案中，第二组合物是分散体，例如凝胶、可流动溶胶或乳剂，优选地是包含增稠剂的肉汁，该增稠剂是淀粉或树胶中的至少一种。

在步骤104中，方法100还可包括将第一组合物从填充设备分配到罐中。然后，在步骤106中，优选地在完成将第一组合物分配到罐中之后，可开始将罐下降远离填充设备。

接着，在步骤108中，从填充设备延伸的喷嘴可将第二组合物水平地注射到第一组合物中。这种水平注射优选地包括在下述方向上注射第二组合物，该方向初始为至少基本上垂直于喷嘴内的通路和/或罐的竖直轴线。

优选地，可暂时停止将罐下降远离填充设备，并且喷嘴可在包括该暂停的时间段期间将第二组合物水平地注射到第一组合物中。这个暂停可为1.5秒或更短，例如0.25至1.5秒。

在步骤110中，继续使罐下降远离填充设备，并且将喷嘴从罐中移除。优选地，在该步骤中，第一组合物封装第二组合物。任选地，在步骤112中，在从罐中移除之后，可以例如用水冲洗来洗涤喷嘴。

在步骤114中，方法100还可包括在第一组合物和第二组合物已分配到罐中之后，将封盖放在罐上；在步骤116中，将罐例如气密密封；并且在步骤118中，将罐蒸煮。罐可在任何合适温度下蒸煮适量时间。例如，可以从约121℃至约128℃的温度将罐蒸煮约25至约50分钟的时间。可任选地在蒸煮之前将填料的罐倒置。

然后，在步骤120中，可通过设备将罐冷却和/或允许将罐平衡到室温。例如，可将罐冷却至20℃至35℃的温度。在实施方案中，将罐冷却至22℃至26℃的温度。所得食物产品可包含牢固凝固的第一组合物诸如肉糜，从而形成封装第二组合物诸如肉汁的外部基体。例如，所得食物产品可为上文所公开的食物产品10。

图3-图7示出填充设备200的实施方案，该填充设备可形成食物产品10，该食物产品包含封装第二组合物12的第一组合物11。例如，填充设备200可在方法100诸如方法100的步骤104和106中使用。然而，本公开不限于本文公开并在附图中示出的填充设备200的实施方案；在一些实施方案中，食物产品10可由不同填充设备制成，并且方法100可由不同填充设备执行。

填充设备200可包括提供第一组合物11的第一供应源210和提供第二组合物12的第二供应源220。填充设备200可包括填充头230。

第一通道232可延伸穿过填充头230以使得填充头230可将第一组合物11从第一供应源210分配到定位在填充头230下方的罐300中。第二通道234可延伸穿过填充头230以使得从填充头230延伸的喷嘴240可将第二组合物12从第二供应源220分配到罐300中。端口236可延伸穿过填充头230以使得可在罐300中形成真空。第一通道232、第二通道234和端口236在所有附图中均未示出，使得其他部件易于被看到，并且在附图中缺少这些部件中的一个不意味着该部件在该阶段不再存在于填充设备200中。

第二供应源220可通过优选地为刚性的软管222连接到第二通道234。第一阀224可定位在第二供应源220和软管222之间，并且第二阀226可定位在软管222和第二通道234之间。第一阀224和/或第二阀226可为气动阀。活塞239可连接到软管222，以用于将第二组合物12引导通过软管222。

升降板250可对罐300进行定位；例如，罐300可放在升降板250上，使得升降板250的运动相对应地移动罐300。优选地，升降板250被构造为将罐300竖直地朝向和竖直地远离填充设备200移动。例如，升降板250可为旋转凸轮或可形成在旋转凸轮上。升降板250可为多个升降板诸如90个升降板(作为非限制性的实施例)中的一个。多个升降板可旋转以使得每个升降板依次与填充设备200对准。

填充设备200的操作大体在图3-图7中示出。如图3所示，升降板250可使罐300朝向填充设备200向上移动，并且通过端口236引导的蒸汽可吹扫端口236。在该阶段，优选地，第一阀224打开，而第二阀226关闭，使得重力将第二组合物12引入软管222中以积聚在其中。

如图4所示，升降板250可使罐300抵靠填充头230向上移动以使得罐300被填充设备200闭合。例如，填充设备200可包括垫圈202，该垫圈可在罐300上形成密封。将罐300闭合允许在罐300中形成真空。例如，可使用端口236将空气从罐300抽入填充设备200中，以在罐300中形成真空。在实施方案中，填充设备200包括泵204，该泵使用端口236在罐300中形成真空。

如图5所示，端口236可中止从罐300抽取空气，并且已形成在罐300中的真空可将预定量的第一组合物11从第一供应源210抽入罐300中。例如，在罐300已抵靠填充设备200密封之后，可校准通过端口236抽取的空气量，以使得预定量的第一组合物11从第一供应源210引入罐300中。

如图6所示，优选地在已将预定量的第一组合物11分配到罐300中之后，可将罐300移动远离填充设备200，同时维持其与填充头230对准。这种下降使罐300移动脱离与填充设备300的密封接合。喷嘴240保持至少部分地定位在罐300内。

喷嘴240的非限制性实施例在图8中示出。喷嘴240可包括水平面向的孔242，该孔可定位在喷嘴240的侧表面中。水平面向的孔242可处于喷嘴240上的相同高度处，并且可在喷嘴240上彼此均匀地间隔开。例如，喷嘴240可包括水平面向的孔242中的四个，它们在喷嘴240中以90度间隔开。优选地，在第二组合物12的注射期间，水平面向的孔242既水平又竖直地定位在第一组合物11的大致中心处。水平面向的孔242可为任何合适直径，例如约5mm的直径。

再次参考图6，当喷嘴240中的水平面向的孔242既竖直又水平地定位在罐300中的第一组合物11的大致中心处时，可使罐300的下降暂时停止。在罐300的下降暂时停止并且喷嘴240中的水平面向的孔242定位在罐300中的第一组合物11的大致中心处的情况下，可将第二组合物12水平地注射到第一组合物11中。例如，在该阶段，第一阀224可关闭，而第二阀246可打开，并且活塞239可操作以将预定量的第二组合物12从软管222引导通过喷嘴240。

如图7所示，第二阀226可关闭，而第一阀224可打开，并且优选地在已将预定量的第二组合物12分配到罐300中之后，罐300可继续下降远离填充设备200。第一组合物11封装第二组合物12。然后，一个或多个适当设备可将封盖放在罐上；将罐例如气密密封；并且将罐蒸煮。

优选地，填充设备200被连接到控制机构252，例如计算机或包括处理器的另一设备。控制机构252可控制填充设备200通过图3-图7中所示的阶段的进程。例如，控制机构252可控制和协调升降板250、泵204、活塞239、以及第一阀224和第二阀226中的一个或多个的操作。优选地，控制机构252控制填充设备200的这些部件的相对定时；例如，控制机构252可使第一阀224和第二阀226同步以使得当一个阀关闭时，另一个阀打开。

实施例

仅包括以下非限制性的实施例以用于说明。

进行研究以评估在85克罐中实现由条块完全地封装肉汁中心的能力。真空填料被设计和构建为精确表示工业机器上的填充条件。

试验了两种不同喷嘴设计。此外，试验了若干参数，包括对罐运动凸轮的修改。改变该罐运动凸轮(使罐向真空填料或从真空填料移动的凸轮)应不影响标准条块填料。

如下文将进一步详细讨论的，在试验8中利用水平喷嘴、8克填料和修改的罐运动凸轮实现目标产品。试验3和试验4产生与目标相比次好的产品。这些解决方案无需对罐运动凸轮进行改变，并且利用水平喷嘴和10克填料进行生产。

系统被专门设计成模拟在工业真空填料上进行填充。伺服马达控制主阀头、罐运动和新的肉汁活塞填料。配备有HMI屏幕的控制系统控制协调运动。用户可输入罐速度，以便模拟正确填充时间；控制程序中的计数器以所输入的速度沿机器步进一定程度。条块阀程序控制由现有机械凸轮管控的运动。活塞填料和罐两者的运动定时均被更改以实现目标产品。

为了填充食物产品，将外部活塞填料附接到标准真空填料，其中标准填充头略有修改。已修改的活塞填料将来自外部碗的肉汁通过重力作用填充到柔性软管中。两个气动阀控制肉汁流动进出软管。软管直接连接到路由穿过现有填充头的中心引导的填充喷嘴。该修改不改变填充头的现有功能(产品流动、真空、蒸汽冲洗)。

在研究中，试验了两个喷嘴。第一喷嘴(图9)具有竖直产品路径和垂直于流动的开口，使得肉汁总是竖直流动。第二喷嘴(图10)具有竖直产品路径，但是具有平行于产品路径的四个5毫米直径的孔洞，使得肉汁垂直且水平地离开喷嘴。

图11中的表描述了在该研究中进行的一系列试验。所有试验使用按需要混合的解冻的条块材料和肉汁来进行。将条块在52℃水浴中在约1小时的过程内解冻。利用由手钻驱动的高剪切混合器，用2％瓜尔胶和环境温度的水制备肉汁。

在填充后，用10头封口机将罐现场封口。在全速下，该10头封口机的运行速度与位于大多数85克罐装工厂的工业封口机大致相同。在封口后，将罐冷冻，或者使用小型蒸煮器将罐蒸煮。蒸煮器是现场制造的：配备有自动温度监测系统、手动蒸汽阀、手动反压(压缩空气)系统、手动冷却水阀和手动排水阀的小圆柱形压力容器。在整个周期中根据典型试验工厂方法调节温度和压力。在蒸煮时，将罐堆叠成向下盖在一片穿孔金属上。

结果

每个试验的结果通过评价冷冻和/或蒸煮产品确定。目标产品或者说是概念产品是使肉汁处于条块材料中心并且顶部和底部均被条块材料封装的“核心”。示出了冷冻样本的照片以最佳地说明每个试验的成功或失败。

试验1产生了在产品的顶部和底部均有孔洞的产品，并且在其中心具有圆柱形腔室。预蒸煮的产品(未冷冻)在图12中示出。这些产品并未实现目标产品。

试验2减少了条块的顶部上的孔洞，并将腔室形状变为蘑菇形状(图13-图15)。底部上存在大的孔洞。这些产品并未实现目标产品。

具有水平喷嘴的试验3和试验4大大减少并有时消除了产品底部中的孔洞(分别为图16-图18和图19-图21)。在产品的顶部上留有小注射孔，并且在条块的中心具有水平椭圆形腔室。在这些样本中，注意到在将顶部孔洞置于中心时的某些不一致性。这些产品接近目标产品。

利用8克填料和水平喷嘴的试验5在顶部上产生孔洞，在底部上没有孔洞，并且具有比先前试验(图22-图24)更小的腔室。在这种情况下，在使肉汁量减少的方面并未注意到显著益处。该产品接近目标产品。

与试验1和试验2(图25-图27)相比，利用8克填料和竖直喷嘴的试验6减少顶部和底部的孔洞，以及中心腔室的尺寸。然而，这种产品仍未实现目标产品。

试验7和试验8用8克填料和不同的罐运动进行。在填充条块之后，罐短暂地下降，停止较短时间，然后继续其下降。该运动将需要不同的罐运动凸轮(位于机器底部)，但是不应影响标准条块填充。具有竖直喷嘴的试验7消除了顶部孔洞，但是仍存在底部孔洞(图28-图30)。由于底部孔洞尺寸较大，这些产品并未实现目标产品。

具有水平喷嘴的试验8消除了顶部孔洞和底部孔洞两者，从而在一些情况下，正好在罐的中心形成心形腔室(图31-图33)。这些产品实现了目标产品。

在试验的最后一天进行切割，其中统一地评估剩余冷冻和蒸煮的样本。图34中的表包含了该切割的结果。

在制造每个产品时进行试验以确定填充标准偏差。首先对肉汁系统进行试验。如图34所示，肉汁系统的第一次试验产生0.51克的标准偏差。该试验在刚填充了装有肉汁的碗之后进行，通向喷嘴的管可能未完全地填充。利用肉汁的第二次试验示出0.14克的改进标准偏差。满罐填料的标准偏差的范围为从0.62克至0.77克。

结论

该模拟器是对该项目的稳健概念验证。系统精确地复制了对90头真空填料可用的填充时间。所有的主阀和肉汁系统的尺寸与工业机器上它们将具有的尺寸相同。

在试验8中，目标产品在模拟器上利用8克填料以全速制成。这个解决方案包括独特水平喷嘴设计、新肉汁处理和定量给料系统、以及对罐运动凸轮的修改。产品具有完全封装的肉汁中心，在顶部上具有非常小的孔洞或无孔洞，并且在底部上没有孔洞。总体来说，与竖直喷嘴相比，水平喷嘴实现最佳结果。具有钻入喷嘴主体侧面中的孔洞的新的喷嘴允许产品水平地流动到罐的侧壁，而非垂直地到流动到罐的底部。试验3和试验4是试验8之后最成功的试验。这些试验将不需要对罐运动凸轮的调节。

应当理解，对本文所述的目前优选实施方案作出的各种变化和修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。可在不脱离本发明主题的精神和范围且不削弱其预期优点的前提下作出这些变化和修改。因此，这些变化和修改旨在由所附权利要求书涵盖。