專利名稱：用于加工冷凍食品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于加工冷凍食品的方法和裝置，具體而言，本發(fā)明涉及一種用于加工冰淇淋的方法和裝置。
背景技術(shù)：
螺旋式擠壓機(jī)例如單螺桿擠壓機(jī)和雙螺桿擠壓機(jī)已被廣泛使用，而且已長(zhǎng)期應(yīng)用于食品工業(yè)，例如應(yīng)用在以谷類為主要原料的食品加工過程中。近年來，有人提出將單螺桿或雙螺桿擠壓機(jī)用于冰淇淋的冷凍過程中。
EP713650公開了一種用于擠壓充氣冷凍食品的方法和裝置，該方法和裝置中使用了雙螺桿擠壓機(jī)。在該擠壓機(jī)中，螺桿的特征在于其長(zhǎng)度與直徑的比率介于30至60之間。但該文件未公開所述的直徑是否就是螺桿中心部分的直徑或螺桿中心部分的直徑加上螺距后的尺寸。EP0808577公開了一種類似的方法和裝置，而且該方法和裝置使用了一個(gè)具有相同幾何形狀的單螺桿擠壓機(jī)。
EP561118公開一種用于加工冷凍食用泡沫例如冰淇淋的方法和裝置，該方法和裝置采用了一個(gè)雙螺桿擠壓機(jī)。螺桿的幾何形狀由一個(gè)約為0.1的比率(溝槽深度/溝槽寬度)和一個(gè)介于22至30度之間的螺旋角來加以限定。
WO97/26800公開了一種用于加工冷凍食品泡沫例如冰淇淋的方法和裝置，該方法和裝置中采用了一個(gè)單螺桿擠壓機(jī)。螺桿的幾何形狀由一個(gè)介于5和10之間的比率(螺桿的長(zhǎng)度/擠壓機(jī)料筒的內(nèi)徑)、一個(gè)介于1至2之間的比率(螺距/螺桿外徑)及一個(gè)1.1至1.4的比率(螺桿的外徑/螺桿的內(nèi)徑)來加以限定。根據(jù)附圖，該螺桿具有一個(gè)單螺紋頭(single thread start)。
使用擠壓機(jī)制造冰淇淋所面臨的一個(gè)巨大問題在于溫度要盡可能地低，同時(shí)還要求保持合適的流量。但是，如果溫度越低，那么由摩擦產(chǎn)生的流動(dòng)阻力也就越大，這種流動(dòng)阻力還會(huì)使處于冷卻狀態(tài)下的產(chǎn)品再次被加熱，這樣就限制了可以達(dá)到的溫度。因此，就需要以下述方式優(yōu)化擠壓機(jī)的幾何形狀使產(chǎn)品被冷卻時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力的增加最小，目的是使溫度盡可能地低。
現(xiàn)在，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)將擠壓機(jī)用于冰淇淋的制造時(shí)，可通過下述方式顯著提高擠壓機(jī)的性能●在冰淇淋的制造過程中以一個(gè)沿用至今的外部螺旋角操作；●用設(shè)置有一個(gè)以上的螺紋頭的螺桿操作，而至今公開了只應(yīng)用單螺紋頭的螺桿操作。
●用遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于沿用至今的擠壓機(jī)操作。
測(cè)試和定義1.螺桿參數(shù)擠壓機(jī)由需要精確定義的不同參數(shù)來加以限定。為利于這些參數(shù)的定義，請(qǐng)參照附


圖1，圖中示出了一個(gè)安裝在一單螺桿擠壓機(jī)上的常規(guī)螺桿。這種擠壓機(jī)，例如，已在1978年由Krieger出版公司發(fā)行，作者為Zehev Tadmor的“塑煉擠壓工程原理”(Engineering principle ofplasticating extrusion-Zehev Tadmor-Krieger PublishingCompany)第39至45頁中被描述過。
螺桿長(zhǎng)度LT(與料筒相接觸的螺桿長(zhǎng)度)節(jié)距Sp(轉(zhuǎn)滿一圈(螺距)的軸向距離)螺紋頭一根螺桿上可包括多于一條的螺旋線，在說明書的其它部分中，每條螺旋線都被稱為一個(gè)螺紋頭，而螺紋頭的數(shù)量為‘n’。在
圖1中，所示的螺桿設(shè)置有兩個(gè)螺紋頭。
溝槽深度H(螺桿中心軸和料筒內(nèi)表面之間的距離減去螺桿頂部和料筒內(nèi)表面之間的徑向間隙)螺桿直徑De料筒的直徑減去螺桿中心軸和料筒內(nèi)表面之間的距離。
螺旋角Arctg(Sp/pi.De)溝槽寬度Wc(沿螺旋線上的螺齒之間的距離，其中螺旋線垂直于螺齒)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種包括一擠壓螺桿的擠壓機(jī)，其特征在于所述螺桿包括2至6個(gè)螺紋頭，最好為2至5個(gè)螺紋頭；其螺旋角介于28至45度之間，最好介于32至42度之間。
該擠壓機(jī)最好包括冷卻裝置，而且冷卻裝置最好由一個(gè)能夠使冷卻液體在其中循環(huán)流動(dòng)的冷卻回路構(gòu)成。另外，冷卻液體最好為氨或氮。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)螺紋頭的數(shù)量越多，在擠壓機(jī)的出口處達(dá)到給定溫度所需的氨的溫度也越高，這表明增加螺紋頭的數(shù)量將會(huì)產(chǎn)生更好的冷卻效果。
比率(H/wc)最好小于0.2，而且最好大于0.1。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)H/wc的比值較小時(shí)，熱交換(冷卻)效果能夠得以改善，但由于摩擦而產(chǎn)生的熱擴(kuò)散(加熱)卻增加了。反之，如果H/wc的比值較大，那么熱交換效果就會(huì)降低，而熱擴(kuò)散更顯著降低，因此，最好以較高的H/wc的比率工作。盡管如此，但可以采用的H/wc比率還是有一個(gè)極限，因?yàn)楫?dāng)其高于某一極限值時(shí)，產(chǎn)品熱量不再均勻，而是出現(xiàn)不能再相互混合的寒冷區(qū)域和溫暖區(qū)域。
螺桿最好包括3至4個(gè)螺紋頭，而且冷卻液體最好為氨。
螺桿的LT/De比率優(yōu)選介于2和10之間，最好介于2和5之間，介于2和4之間則更好。我們發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)不同，不僅不必采用長(zhǎng)螺桿，而且還可以有效地消耗能量。如果螺桿太長(zhǎng)，由于冷卻產(chǎn)生的粘性的增加而產(chǎn)生了摩擦，由這種摩擦而產(chǎn)生的熱擴(kuò)散將會(huì)抵消冷卻作用，并使兩種現(xiàn)象(冷卻和散熱)平衡，因此就不會(huì)在螺桿的端部產(chǎn)生冷卻作用。盡管如此，但存在于沒有冷卻作用產(chǎn)生的螺桿端部的摩擦需要額外的扭矩來保持螺桿旋轉(zhuǎn)，而螺桿的這種旋轉(zhuǎn)對(duì)該工藝或最終產(chǎn)品沒有任何意義。
擠壓機(jī)最好是一個(gè)單螺桿擠壓機(jī)。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種包括一擠壓螺桿的擠壓機(jī)，其特征在于螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間；LT/De的比率介于2和10之間，最好介于2和5之間，介于2和4之間則更好。
本發(fā)明的第三目的在于提供一種用于制造冷凍食品的方法，其中食品組分被混合在一起并被充入氣體，然后冷卻到介于-4℃和-7℃之間的溫度；接下來在一擠壓機(jī)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行加工，以進(jìn)一步冷卻到介于-12℃和-20℃之間的溫度下，其特征在于所述擠壓機(jī)包括一個(gè)擠壓螺桿，該螺桿包括2至5個(gè)螺紋頭，所述螺桿的螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間；所述擠壓機(jī)還包括冷卻裝置，該冷卻裝置最好由一個(gè)能夠使冷卻液體在其中循環(huán)流動(dòng)的冷卻回路構(gòu)成。
冷卻液體最好選自氨或氮。螺桿最好包括3至4個(gè)螺紋頭，冷卻液體最好為氨。
螺桿的LT/De比率介于2和10之間，優(yōu)選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
擠壓機(jī)最好是一個(gè)單螺桿擠壓機(jī)。
本發(fā)明的第四目的在于提供一種用于制造冷凍食品的方法，其中食品組分被混合在一起并被充入氣體，然后冷卻到介于-4℃和-7℃之間的溫度；接下來在一擠壓機(jī)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行加工，以進(jìn)一步冷卻到介于-12℃和-20℃之間的溫度下，其特征在于所述擠壓機(jī)包括冷卻裝置，所述冷卻裝置最好由一個(gè)能夠使冷卻液體在其中循環(huán)流動(dòng)的冷卻回路構(gòu)成；所述擠壓機(jī)還包括一個(gè)擠壓螺桿，該螺桿的螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間，該螺桿的LT/De比率介于2和10之間，優(yōu)選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
冷卻液體最好選自氨或氮。螺桿最好包括3至4個(gè)螺紋頭，而且冷卻液體最好為氨。
本發(fā)明的詳細(xì)說明參照附圖，接合如下的實(shí)例對(duì)本發(fā)明作出進(jìn)一步的說明，其中附圖
圖1為包括有一個(gè)擠壓螺桿的擠壓機(jī)之示意圖。
冰淇淋的預(yù)先混合原料包括下列成分脂肪的總量8.4％穩(wěn)定劑、乳化劑0.56％加入的糖16.8％蛋白質(zhì)的總含量3.5％固體總量34.9％其中牛奶固體(非脂肪)的含量9.55％水其余通過使用傳統(tǒng)的裝置向上述成分中充入超過100％的氣體并將其冷卻到-4.5℃，以用于后面的加工處理。
接著，所得到的冷卻產(chǎn)品被輸送到一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的單螺桿擠壓機(jī)內(nèi)，用于隨后的擠壓操作。產(chǎn)品在一個(gè)用氨冷卻、螺桿直徑為200mm的單螺桿擠壓機(jī)內(nèi)以每小時(shí)500升冰淇淋(的生產(chǎn)率)受到擠壓。
我們對(duì)具有各種不同幾何形狀的螺桿進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見下表。

權(quán)利要求
1.一種擠壓機(jī)，其包括一個(gè)擠壓螺桿，所述擠壓螺桿的特征在于其螺紋頭的數(shù)量介于2至6個(gè)之間，其螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的擠壓機(jī)，其包括冷卻裝置，所述冷卻裝置最好由一個(gè)能夠使冷卻流體在其中循環(huán)流動(dòng)的冷卻回路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的擠壓機(jī)，其特征在于所述冷卻液體選自氨或氮。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的擠壓機(jī)，其特征在于所述螺桿包括3至4個(gè)螺紋頭，而且冷卻液體為氨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的擠壓機(jī)，其特征在于所述螺桿的LT/De比率介于2和10之間，優(yōu)選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的擠壓機(jī)，其特征在于所述螺桿的H/Wc比率小于0.2，最好大于0.1。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的擠壓機(jī)，其特征在于所述擠壓機(jī)是一個(gè)單螺桿擠壓機(jī)。
8.一種包括一擠壓螺桿的擠壓機(jī)，所述擠壓螺桿的特征在于其螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42之間；LT/De的比率介于2和10之間，優(yōu)選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的擠壓機(jī)，其包括冷卻裝置，所述冷卻裝置最好由一個(gè)能夠使冷卻液體在其中循環(huán)流動(dòng)的冷卻回路構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的擠壓機(jī)，其特征在于所述冷卻液體選自氨或氮。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的擠壓機(jī)，其特征在于所述螺桿包括3至4個(gè)螺紋頭，而且冷卻液體為氨。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11之一的擠壓機(jī)，其特征在于所述擠壓機(jī)是一個(gè)單螺桿擠壓機(jī)。
13.一種用于制造冷卻食品的方法，其中食品組分被混合在一起并被充入氣體，然后冷卻到介于-4℃和-7℃之間的溫度；接下來在一擠壓機(jī)內(nèi)對(duì)其進(jìn)行加工，以進(jìn)一步冷卻到介于-12℃和-20℃之間的溫度下，其特征在于所述擠壓機(jī)包括冷卻裝置，所述冷卻裝置最好由一個(gè)能夠使冷卻液體在其中循環(huán)流動(dòng)的冷卻回路構(gòu)成；所述擠壓機(jī)還包括一個(gè)擠壓螺桿，該螺桿的螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于所述螺桿的LT/De比率介于2和10之間，優(yōu)選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
全文摘要
一種擠壓機(jī),當(dāng)其用于加工冰淇淋時(shí),其螺桿包括多于一個(gè)的螺紋頭,而且螺旋角介于28和45度之間。
文檔編號(hào)A23G9/16GK1352527SQ00808123
公開日2002年6月5日 申請(qǐng)日期2000年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月28日
發(fā)明者B·H·巴克, P·M·M·邦格爾斯, W·王－諾蘭 申請(qǐng)人:荷蘭聯(lián)合利華有限公司