挤出机系统和方法
【专利说明】挤出机系统和方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请根据35U.S.C 119(e)要求于2013年3月15提交的、题为“挤出机系统和方法(EXTRUDER SYSTEM AND METHOD) ”的、序列号为61/789，760的共同未决的美国临时申请的优先权，并根据37C.F.R.1.78以该美国临时申请为基础，该美国临时申请的全部内容通过引入并入本文。
技术领域
[0002]本公开涉及挤出机和所挤出的制品。更具体地，本公开涉及一种挤出机系统和方法，所述挤出机系统具有上游机筒组合件，所述上游机筒组合件与包括多个挤出机机筒的附属挤出机组合件连接，每个附属挤出机都能够产生所挤出的制品，所挤出的制品通过控制温度、压力以及将相应的成分添加到标准挤出材料中而具有特定的特性。
【背景技术】
[0003]已经制备出各种类型的挤出机，其允许将组分添加到挤出物从而改变挤出物的特性。这些附加的组分可包括着色剂、调味剂、质地增强组分等。在当前的实践中，为了产生包括不同颜色和风味的挤出制品，必须针对每种颜色和/或风味进行独特的运转。该过程独占挤出机，并且从每次运转所得到的制品包括在运行开始时所确定的相同的颜色和风味组合。在希望从单一主要进料面团制备具有不同的颜色、风味、和质地的挤出制品的情况下，进料面团可被分开或分离，并与适当的成分和/或添加剂混合来获得所需的颜色、风味和质地组合。在混合过程中，进料面团的温度降低，这影响挤出制品的质地、密度、和粘度，并且可能会导致该制品降级。此外，将进料面团分离成单独物料流的行为可能会需要额外的驱动马力来操作挤出机，并且可能会产生背压的累积。
[0004]已经尝试在反复挤压的累加过程中添加附加的组分，其中附加的组分在每次挤出过程中添加。然而反复挤压导致制品淀粉组分的柔韧性和弹性上的增加，其可以由储能模量进行测量。然而，膨化指数随着淀粉被反复挤压而减小，产生具有颗粒密度增加的较重制品O
[0005]在本领域中对于用于从一个主要挤出机或一个主要挤出物流产生具有不同特性(诸如颜色、风味、和质地)的几种制品的设备以及使用这种设备的方法存在需求。此外，对于下述设备和方法存在需求，其中挤出物的分开不会导致与现有技术分离方法相关联的问题，诸如需要额外的驱动马力、背压的累积、制品的降级、以及控制制品质地能力的损失。对于下述挤出系统以及调节淀粉制品内交联的方法还存在需求，其中所述挤出系统能够调节从单一挤出物制备的各种凝胶化(gelatinized)制品的加工温度和质地。
[0006]通过使得进料面团中所包含的淀粉凝胶化来形成包含淀粉的挤出制品，所述进料面团通过冲模被迫从挤出机机筒挤压出来。淀粉是具有可确定的玻璃-液体或玻璃化转变温度(Tg)的半结晶聚合物。在储存过程中，干燥的谷物制品会经历降低制品质量并缩短它们的保质期的质地变化。在干燥的含淀粉食品的存储过程中由于水分迀移而导致的质地变化归因于食品系统的Tg，并且Tg是用于预测含淀粉食品在储存过程中的稳定性的一个指标。在较低的温度条件下胶凝化的淀粉已知具有较高水平的结晶度，并且在结晶度和1；之间存在可观测到的关系。因此，与谷类淀粉凝胶化相关联的淀粉结晶度和玻璃化转变温度是干燥谷物制品质量的决定因素。在制品存储过程中，当淀粉在较低的温度条件下凝胶化时可更迅速地获得最大的淀粉结晶度。当在降低的处理温度条件下产生包含淀粉的制品时，在制品的整个保质期内观测到较窄范围的结晶度。当制品在较低的处理温度条件下制备时也降低Tg在制品保存期内的增加。需要对挤出的包含淀粉制品的结晶度进行管理和控制。
【发明内容】
[0007]本公开克服了现有技术中固有的问题，并提供用于从单一主要挤出机制备多个挤出制品的设备和过程。本公开的设备和方法设置成制备多个挤出制品，而不需要用于驱动主要挤出机螺杆的额外马力且不增加背压。此外，本公开的设备和过程设置成调节从挤出机的主要物料流分离出来的单独物料流内物料的温度、压力、流速、粘度、质地、颜色、风味和量。
[0008]由本公开提供的设备包括可附接到本领域已知的常规挤出机的附属挤出机组合件。通常情况下，附属挤出机组合件包括歧管部分和多个附属挤出机。优选地，驱动马达附接到每个附属挤出机，用于给至少一个可旋转的螺杆提供动力以便使得挤出物移动通过附属挤出机的机筒。在优选形式中，每一附属挤出机的歧管部分能够从主要挤出机接收物料流，将所述物料流分离成多个分立的物料流，并且将这些分立的物料流中的每一个引导到相应附属挤出机的入口内。附属挤出机组合件优选可通过诸如螺栓等的一个或多个紧固件可移除地附接到主要挤出机。一旦连接到主要挤出机，歧管就设置成具有与主要挤出机机筒的出口物料连通的入口以及具有与多个附属挤出机机筒的相应入口物料连通的歧管出口。在一个优选的实施例中，附属挤出机组合件可包括一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个或八个或更多个附属挤出机。
[0009]还提供用于从单一主要挤出机和单一挤出物流制备具有不同特性的挤出制品的方法。该方法通常包括将本公开的附属挤出机组合件附接到常规的主要挤出机，并使得物料流移动通过主要挤出机以形成挤出制品或挤出物。该主要物料流通过螺杆的运动移动通过主要挤出机机筒，并经受设计成制备具有预先选择的特性和性能的制品的预定温度、压力、和剪切条件。当主要物料流到达附属挤出机组合件的歧管入口时，所述物料流被分成被引导到多个附属挤出机中相应挤出机的一个或多个物料流。附属挤出机组合件与主要挤出机的出口连接，以从主要挤出机接收挤出物。备选地，附属挤出机组合件可设置在沿着主要挤出机机筒长度的任何选定点处，使得物料流可在这种选定的点处离开主要挤出机机筒而直接进入到附属挤出机组合件的歧管内。以这种方式，主要挤出机的部分处理的物料流或完全处理的挤出物可在附属挤出机内被单独地改性并处理。此外，该物料流可在沿着主要挤出机机筒长度的任何点处离开主要挤出机而进入到所附接的附属挤出机组合件内，由此形成具有不同特性的各种制品。
[0010]如应当理解到的那样，由附属挤出机提供的单独处理允许添加许多成分，所述成分在常规挤出机中发生的典型处理过程中将降解，诸如温度敏感成分。淀粉可完全在主要挤出机中烹煮，随后挤出物流离开主挤出机并进入到每个相应的附属挤出机内。然后每个附属挤出机可在允许添加这些成分的条件下操作。因此，本公开可包括较低初始量的这些成分，同时仍在最终制品中提供最终的生物可利用量，其与在通过常规挤出机挤出的常规制品中发现的生物可利用量相比是相当的或更大。
[0011]附图构成该说明书的一部分，包括挤出机系统和方法的示例性实施例，并且示出其各种目的和特征。
【附图说明】
[0012]图1是示出附接到主要挤出机组合件的附属挤出机组合件的挤出装置的侧面透视图；以及
[0013]图2是从上方朝向输出端所取的透视图，示出与主要挤出机组合件耦联的附属挤出机组合件。
【具体实施方式】
[0014]在图1和图2中示出根据本公开的挤出机系统1，其包括与下游附属挤出机组合件20连接的主挤出机组合件或主要挤出机组合件10。系统I将所述主要挤出机10的挤出物分成多个挤出物流以便由附属挤出机组合件20进一步处理。这种进一步处理可包括用于将添加剂注入到一个或多个进料流内以及在选定的温度和压力下执行附加的混合和挤出操作。以这种方式，多个挤出制品(每个具有不同的个体特性)可同时从单一的主挤出机和主挤出物流制备。
[0015]主要挤出机组合件10包括具有入口 13和出口 14的机筒组合件12，其中挤出物通常离开主要挤出机。机筒组合件12具有常规构造，在美国专利号5，694，833中描述了一种示例性的机筒组合件，该美国专利以其全文通过引入并入本文。机筒组合件12容纳可轴向旋转的螺杆15。附属挤出机组合件20包括具有入口 23和多个出口 25的歧管24，每个出口与多个附属挤出机中的一个耦联。图2中所示的实施例包括四个附属挤出机30A，30B，30C和30D。本领域内的那些技术人员应当理解的是可以采用任何适当数目的附属挤出机。例如，主要挤出机10可与一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十五个、二十个或任何其它期望数目的附属挤出机连接。在这种实施例中，歧管24可被变型以便包括数目对应于所连接的附属挤出机30A，30B，30C，30D数目的出口 25。歧管24可在下游取向上可移除地连接到主要挤出机组合件10，其中机筒出口 14与歧管入口 23处于流体或物料连通。
[0016]歧管24优选通过多个可移除的紧固件22连接到主要挤出机机筒12，所述紧固件22诸如螺栓等，其延伸通过歧管24上的法兰。优选地，所述歧管配置