DE102023115260A1 - EXTRUDER ARRANGEMENT AND METHOD FOR PRODUCING A TEXTURATE - Google Patents
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- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Exruderanordnung, aufweisend einen Mischextruder, mit einer Einlasszone zur Zuführung einer Grundmischung, die zumindest ein Proteingemisch und Wasser enthält, einer Mischzone und einer Ausstoßzone; wobei der Mischextruder ausgebildet ist, aus der Grundmischung über mehrere Zonen hinweg bei einem Temperaturanstieg bis auf eine maximale Temperatur zwischen 110°C bis 160°C ein mehrphasiges Gel zu erzeugen. Der nachgeschaltet ist eine Ausstoßdüse, die ausgebildet ist, während eines Vortriebs des mehrphasigen Gels dieses thermomechanischen zur Bildung eines viskoelastischen mehrphasigen und insbesondere kohäsiven Gels zu behandeln sowie eine Walzenanordnung, deren Spalt zumindest abschnittsweise geringer ist als eine Dicke der Ausstoßdüse, die ausgebildet ist, einen Druck auf das viskoelastische mehrphasige Gel senkrecht zu einer Vortriebsrichtung auszuüben.The invention relates to an extruder arrangement, having a mixing extruder with an inlet zone for supplying a base mixture which contains at least one protein mixture and water, a mixing zone and an ejection zone; wherein the mixing extruder is designed to produce a multiphase gel from the base mixture across several zones with a temperature increase up to a maximum temperature between 110°C and 160°C. Downstream of this is an ejection nozzle which is designed to treat the multiphase gel thermomechanically during the advance of the multiphase gel to form a viscoelastic multiphase and in particular cohesive gel, and a roller arrangement whose gap is at least partially smaller than a thickness of the ejection nozzle which is designed to exert a pressure on the viscoelastic multiphase gel perpendicular to an advance direction.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Extruderanordnung und ein Verfahren zur Erzeugung eines Texturats.The present invention relates to an extruder arrangement and a method for producing a textured product.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Pflanzliche Proteine in Form von Isolaten oder Konzentraten werden heutzutage für eine Vielzahl von Fleischersatzprodukten verwendet. Dies wird zum einen durch eine erhöhte Nachfrage nach einer vegetarischen oder veganen Ernährung bedingt und ist zum anderen dem Verbraucherwunsch nach einer nachhaltigen und ressourcenschonenden Landwirtschaft geschuldet.Plant proteins in the form of isolates or concentrates are now used for a variety of meat substitute products. This is due on the one hand to an increased demand for a vegetarian or vegan diet and on the other hand to consumer desire for sustainable and resource-saving agriculture.
Dabei besitzen vegane Lebensmittelprodukte aus pflanzlichen Proteinen unter anderem den Vorteil, dass sie aus heimisch bzw. lokal hergestellten Grundstoffen erzeugt werden können. Gerade Hülsenfrüchte, aber auch andere pflanzliche Stoffe haben gegenüber Soja oder anderen den Vorteil, dass sie ressourcenschonender angebaut werden können. Demgegenüber steht eine wachsende Nachfrage nach unterschiedlichen Lebensmittelprodukten auf pflanzlicher Basis.One of the advantages of vegan food products made from plant proteins is that they can be produced from domestically or locally produced raw materials. Pulses in particular, but also other plant-based substances, have the advantage over soy or others that they can be grown in a more resource-efficient way. In contrast, there is a growing demand for various plant-based food products.
Herkömmlicherweise werden Produkte auf Basis von pflanzlichen Proteinen durch Trocken- oder Feuchtextrusion hergestellt. Die Trockenextrusion wird bei hohen Temperaturen T > 130°C und einem Feuchtigkeitsgehalt < 30 % durchgeführt. Für die Extrusion wird eine kurze, schmale Düse ohne Kühlung verwendet. Dies ermöglicht die Herstellung von direkt-expandierten Produkten, so genannten TVP (texturierte pflanzliche Proteine). In trockener Form sind sie eher unregelmäßig, porös und glasig und werden, nachdem sie rehydriert wurden, zu den Endprodukten weiterverarbeitet. Das Endprodukt hat eine schwammartige Struktur ohne nennenswerte Anisotropie mit entweder keinen oder nur sehr kurzen Fasern. Sie ähneln den sensorischen Eigenschaften von Fleischanaloga nur wenig und werden häufig in gemischten Produkten (z. B. Burger-Patties usw.) und nicht für ganze Produkte verwendet.Traditionally, vegetable protein-based products are produced by dry or wet extrusion. Dry extrusion is carried out at high temperatures T > 130°C and a moisture content < 30%. A short, narrow die without cooling is used for extrusion. This allows the production of directly expanded products, so-called TVP (textured vegetable proteins). In dry form, they are rather irregular, porous and glassy and, after being rehydrated, are further processed into the final products. The final product has a sponge-like structure without significant anisotropy with either no or very short fibers. They bear little resemblance to the sensory properties of meat analogues and are often used in mixed products (e.g. burger patties, etc.) rather than for whole products.
Die Feuchtextrusion (HME) ist die derzeitige Technologie, die von der Industrie zur Herstellung faseriger Produkte auf pflanzlicher Proteinbasis eingesetzt wird. Die daraus resultierenden Produkte bieten oft eine zufriedenstellende Grundlage, da sie eine anisotrope, fleischähnliche Struktur, Textur und Optik aufweisen. Solche Produkte werden mit verschiedenen Technologien hergestellt.Moisture-embedded meat extrusion (HME) is the current technology used by the industry to produce fibrous plant-protein-based products. The resulting products often provide a satisfactory base, as they have an anisotropic, meat-like structure, texture and appearance. Such products are manufactured using various technologies.
Bei einer solchen Feuchtextrusion wird die Masse nach einem Kneten unter anderem durch eine längliche Kühlschlitzdüse oder auch eine verlängerte Kühl-couettedüse gepresst. Dabei wird in beiden Fällen wird die auf Proteinen basierende Matrix bei relativ hohen Temperaturen (T > 130°C) und hohen Wassergehalten (>50 %) im Schneckenteil des Extruders extrudiert und dann gezwungen, durch eine nachfolgende Kühldüse zu fließen, in der das Material kontinuierlich abgekühlt wird (typischerweise auf unter <100 °C am Düsenaustritt), um eine Expansion zu vermeiden, welche die erzeugten faserigen Strukturen im Düsenteil zerstören könnte.In such a wet extrusion, the mass is pressed after kneading through an elongated cooling slot die or an extended cooling couette die. In both cases, the protein-based matrix is extruded at relatively high temperatures (T > 130°C) and high water contents (>50%) in the screw section of the extruder and then forced to flow through a subsequent cooling die in which the material is continuously cooled (typically to below <100 °C at the die outlet) in order to avoid expansion, which could destroy the fibrous structures produced in the die section.
Obwohl diese Methode bei unterschiedlichen Rohstoffen auf Pflanzenbasis angewandt werden kann, um faserige Produkte auf Proteinbasis zu erzeugen, die Fleischprodukten in akzeptabler Weise äußerlich und zum Teil auch geschmacklich ähneln, fehlen ihnen entweder lange Faserstrukturen oder die gewünschte Zartheit, die beide notwendig sind, um die Eigenschaften von gekochtem Fleisch erfolgreich nachzubilden.Although this method can be applied to a variety of plant-based raw materials to produce fibrous protein-based products that acceptably resemble meat products in appearance and, to some extent, in taste, they lack either long fiber structures or the desired tenderness, both of which are necessary to successfully replicate the properties of cooked meat.
Es hat sich gezeigt, dass die resultierenden Produkte faserähnliche Strukturen mit lediglich kurzer Länge aufweisen, während echtes Fleisch aus Längsfasern mit bis zu 30 cm Länge besteht. Je nach Implementierung kann zwar die Länge der Fasern bei den pflanzlichen Proteinen etwas erhöht werden, jedoch ist das resultierende Endprodukt sehr kompakt, hart und weist eine sehr starke Elastizität auf, was nicht zu dem gewünschten Mundgefühl der Fleischprodukte führt.It has been shown that the resulting products have fiber-like structures with only a short length, while real meat consists of longitudinal fibers up to 30 cm long. Depending on the implementation, the length of the fibers in the plant proteins can be increased somewhat, but the resulting end product is very compact, hard and has a very strong elasticity, which does not lead to the desired mouthfeel of the meat products.
Es besteht das Bedürfnis, an dieser Stelle weitere Änderungen gegenüber herkömmlichen Technologien vorzunehmen, um auf diese Weise Verbesserungen in den Produkten zu erreichen.There is a need to make further changes to conventional technologies in order to achieve improvements in the products.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Diesem Bedürfnis wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche Rechnung getragen. Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen des vorgeschlagenen Prinzips sind in den Unteransprüchen angegeben.This need is taken into account by the subject matter of the independent patent claims. Further developments and embodiments of the proposed principle are specified in the subclaims.
Bisherige Forschungen gingen davon aus, dass die Faserbildung im Formteil und der Ausgangsdüse aus der mehrphasigen Gelbildung bei hohen Temperaturen und der anschließenden Verformung dieses mehrphasigen Systems durch Scherspannungen im Formteil resultiert, wobei die Masse auf weniger als 100° C abgekühlt ist, um die Fasern nicht zu zerstören.Previous research assumed that fiber formation in the molded part and the exit nozzle results from multiphase gel formation at high temperatures and the subsequent deformation of this multiphase system by shear stresses in the molded part, with the mass cooled to less than 100° C in order not to destroy the fibers.
Obwohl sich diese Methode zur Herstellung faseriger Produkte auf Proteinbasis, die typischerweise Fleischprodukten ähneln, als erfolgreich erwiesen hat, bleibt die Kontrolle der resultierenden Faserbildung eine Herausforderung. Diese erfordern eine präzise Kontrolle der Gelbildung, der Abkühlung sowie der Scherkräfte im Formteil, die wiederum in hohem Maße variieren, da solche hochelastischen Materialien ein Wandschlupf und Schmelzbruchphänomen aufweisen, das die Verformungsgeschichte erheblich beeinflusst. Wandschlupf oder Schmelzbruch führen zu einem plötzlichen Druckabfall in der Düse und damit zu einer Expansion der Masse, und neben einem Zerreißen der Fasern auch zu einem instabilen Verhalten.Although this method has proven successful in producing fibrous protein-based products that typically resemble meat products, controlling the resulting fiber formation remains a challenge. This requires precise control of gel formation, cooling and shear forces in the molded part, which in turn lead to vary greatly, since such highly elastic materials exhibit wall slip and melt fracture phenomena that significantly affect the deformation history. Wall slip or melt fracture lead to a sudden drop in pressure in the nozzle and thus to an expansion of the mass and, in addition to tearing of the fibers, to unstable behavior.
Infolgedessen können viele Fleischprodukte, insbesondere mit langen Faserstrukturen, mit dieser Technologie nicht ausreichend imitiert werden. Vielmehr sind die Produkte eher elastisch, mit relativ hoher Gel- bzw. Bissfestigkeit. Aufgrund ihrer kohäsiven Struktur bieten diese Texturate auch eine sehr geringe Wasser- oder Fettaufnahmekapazität nach der Extrusion, z. B. während des Kochens, was weniger Raum für kulinarische Entwicklungen lässt.As a result, many meat products, especially those with long fiber structures, cannot be adequately imitated using this technology. Instead, the products tend to be elastic, with relatively high gel or bite strength. Due to their cohesive structure, these texturates also offer very low water or fat absorption capacity after extrusion, e.g. during cooking, which leaves less room for culinary developments.
Außerdem können mit den verfügbaren Düsentechnologien nur proteinbasierte Matrizen mit sehr spezifischen Eigenschaften texturiert werden. Typischerweise sollten die geeigneten Proteinquellen nach der Behandlung in der Schneckenpartie des Extruders eine sehr hohe Gelfestigkeit sowie Viskosität aufweisen, da dies die Scherspannungen in der Düsenpartie maßgeblich beeinflusst (geringe Viskosität, geringe Verformungsspannungen, keine Faserbildung). Dies schränkt die Verwendung vieler Proteinressourcen ein, die billiger, nachhaltiger oder gesünder sein könnten.In addition, the available die technologies can only texture protein-based matrices with very specific properties. Typically, the suitable protein sources should have a very high gel strength and viscosity after treatment in the screw section of the extruder, as this significantly influences the shear stresses in the die section (low viscosity, low deformation stresses, no fiber formation). This limits the use of many protein resources that could be cheaper, more sustainable or healthier.
Definition Proteingemischdefinition of protein mixture
Zum Zwecke dieser Anmeldung umfasst der Begriff „Proteingemisch“ ein Pflanzenproteingemisch. Ein derartiges Pflanzenproteingemisch wird im Herstellungsprozess im Regelfall aus einer einzelnen Pflanzenart gewonnen, wobei Verunreinigungen anderer Pflanzen in geringem Maße vorkommen können.For the purposes of this application, the term "protein mixture" includes a plant protein mixture. Such a plant protein mixture is usually obtained from a single plant species in the manufacturing process, although contamination from other plants may occur to a small extent.
Sofern nicht anders genannt, umfasst ein „Pflanzenprotein“ ein Pflanzenproteingemisch aus der jeweiligen Pflanze, andernfalls wird von einem „einzelnen Pflanzenprotein“ gesprochen. Das Gemisch kann neben den eigentlichen pflanzlichen Proteinen auch noch weitere Bestandteile wie Stärke, Zucker, Faserstoffe, Mineralien, Fette sowie Öle enthalten. Ebenso können einzelne Aminosäuren Teile des Proteingemischs sein. Die jeweiligen Mengen werden weiter unten noch näher in den Begriffen Konzentrat und Isolat definiert.Unless otherwise stated, a "plant protein" includes a plant protein mixture from the respective plant, otherwise it is referred to as a "single plant protein". In addition to the actual plant proteins, the mixture can also contain other components such as starch, sugar, fiber, minerals, fats and oils. Individual amino acids can also be part of the protein mixture. The respective amounts are defined in more detail below in the terms concentrate and isolate.
In entsprechender Weise ist ein „Erbsenprotein“ oder ein Pflanzenprotein auf Erbsenbasis ein Proteingemisch, welches im Wesentlichen Erbse, Erbsenbestandteile oder Proteine der Erbsenpflanze umfasst und entsprechend aufbereitet worden ist.Similarly, a “pea protein” or a pea-based plant protein is a protein mixture which essentially comprises pea, pea components or proteins of the pea plant and has been processed accordingly.
Definition HülsenfruchtproteinDefinition of legume protein
Ein Hülsenfruchtprotein ist ein Proteingemisch, welches aus Hülsenfrüchten gewonnen wird. Dazu gehören unter anderem Erbse und Ackerbohne, aber auch Linsen, Kichererbsen, weiße Bohnen und Erdnüsse. Soja gehört ebenso zu diesen, soll jedoch, -sofern nicht explizit angegeben- ebenfalls unter den Begriff Hülsenfruchtprotein fallen, obwohl der Anbau von Sojabohnen im Verhältnis zu anderen Hülsenfrüchten deutlich mehr Ressourcen verbraucht.A legume protein is a protein mixture that is obtained from legumes. These include peas and broad beans, but also lentils, chickpeas, white beans and peanuts. Soya is also one of these, but - unless explicitly stated - should also be included under the term legume protein, although the cultivation of soya beans consumes significantly more resources than other legumes.
Definition anderer ProteingemischeDefinition of other protein mixtures
Neben Proteingemischen aus Hülsenfrüchten lassen sich auch andere Proteingemische aus anderen Feldfrüchten erzeugen. Dazu gehören unter anderem Weizen und generell alle Arten von Getreide oder allgemeiner alle Arten von Proteinen aus Cerealien, Kartoffel, Reis, Hanf, Kürbiskern, Mais, aber auch Raps, Sonnenblumen und gerade auch Protein aus Pilzmycelium oder Pilz-Fruchtkörper.In addition to protein mixtures from pulses, other protein mixtures can also be produced from other crops. These include wheat and generally all types of grain or more generally all types of proteins from cereals, potatoes, rice, hemp, pumpkin seeds, corn, but also rapeseed, sunflowers and especially protein from mushroom mycelium or mushroom fruiting bodies.
Definition Konzentrat sowie IsolatDefinition of concentrate and isolate
Die Begriffe Pflanzenproteinisolat und Pflanzenproteinkonzentrat beschreiben jeweils Pflanzenproteingemische, deren Proteinanteile in unterschiedlicher Konzentration vorliegen. Die anderen Bestandteile eines Isolats bzw. Konzentrat sind beispielsweise Fette, Zucker einschließlich Stärke und Cellulose, die bei der Verarbeitung des Konzentrats oder Isolats im Gemisch zurückbleiben. Die einzelnen anderen Bestandteile sind gegenüber der ursprünglichen Konzentration reduziert, Reste befinden sich aber wegen der verschiedenen Aufbereitungsmöglichkeiten in unterschiedlicher Konzentration weiterhin im Isolat bzw. Konzentrat. Daneben befindet sich auch ein geringer Anteil an Restfeuchte in dem Isolat bzw. Konzentrat.The terms plant protein isolate and plant protein concentrate each describe plant protein mixtures whose protein content is present in different concentrations. The other components of an isolate or concentrate are, for example, fats, sugars including starch and cellulose, which remain in the mixture when the concentrate or isolate is processed. The individual other components are reduced compared to the original concentration, but residues are still present in the isolate or concentrate in different concentrations due to the different processing options. There is also a small amount of residual moisture in the isolate or concentrate.
Ein Pflanzenproteinisolat ist beispielsweise ein Gemisch aus einem Pflanzenprotein, bei dem die Konzentration des Proteins in dem Gemisch im Bereich über 85% Gewichtsanteil liegt, beispielsweise im Bereich von 87% bis 97% Gewichtsanteil. Bei einem Proteinkonzentrat liegt der Gewichtsanteil des Proteins üblicherweise im Bereich unterhalb von 80 Gewichts-% oder auch unterhalb von 70 Gewichts-%, beispielsweise im Bereich von 40 Gewichts-%, bis 75 Gewichts-% oder auch bis ca. 80 Gewichts-%. Es gibt zudem einen Übergangsbereich, der je nach Proteingemisch von 75 Gewichts-% und 85 Gewichts-% reicht und in dem, je nach Hersteller, Proteinvariante oder anderen Parametern mal von Konzentrat oder auch von Isolat gesprochen wird.A plant protein isolate, for example, is a mixture of a plant protein in which the concentration of the protein in the mixture is in the range of over 85% by weight, for example in the range of 87% to 97% by weight. In a protein concentrate, the weight proportion of the protein is usually in the range of below 80% by weight or below 70% by weight, for example in the range of 40% by weight to 75% by weight or up to around 80% by weight. There is also a transition area that ranges from 75% by weight to 85% by weight depending on the protein mixture and in which, depending on the manufacturer, protein variant or other parameters, it is sometimes referred to as concentrate or isolate.
Je nach Aufbereitungs- und Herstellungsprozess kann aus einer Pflanzenart somit ein Konzentrat oder Isolat gewonnen werden. Damit beeinflusst der Herstellungsprozess nicht nur wesentlich die Konzentration des Pflanzenproteingemisches, sondern gegebenenfalls auch die Zusammensetzung der übrigen Bestandteile sowie der Restfeuchte.Depending on the preparation and production process, a concentrate or isolate can be obtained from a plant species. The production process therefore not only significantly influences the concentration of the plant protein mixture, but also the composition of the other components and the residual moisture.
Definition weitere Zutatendefinition of additional ingredients
In einigen Aspekten kann eine zusätzliche Funktionalität in Proteinzusammensetzung, Geschmack, textureller Zusammensetzung, visuellen oder haptischen Eigenschaften durch verschiedene weitere Zutaten erzeugt werden. Hier wäre zum einen anzumerken, dass die oben genannten Proteingemische aus den verschiedenen Früchten, zum einen sowohl hinsichtlich der verschiedenen Früchte als auch hinsichtlich der Konzentration gemischt werden. Ein Beispiel wären unter anderem Mischungen aus Erbsenprotein und Ackerbohnenprotein, aber auch Zusätze von Weizen oder Reisprotein zu einem Proteingemisch aus Soja oder auch Erbse.In some aspects, additional functionality in protein composition, taste, textural composition, visual or tactile properties can be created by various other ingredients. It should be noted here that the above-mentioned protein mixtures from the various fruits are mixed both in terms of the different fruits and in terms of concentration. An example would be mixtures of pea protein and broad bean protein, but also additions of wheat or rice protein to a protein mixture made from soy or pea.
Daneben können auch weitere Zutaten, wie Salz, Gewürze, aber auch zusätzliche Stärke, Zucker, Sirup, Fette oder Öle vorhanden sein. Diese lassen sich sowohl als Teil der Rohmasse am Anfang zugeben, als auch während des Verarbeitungsprozesses. Es hat sich hier überraschend herausgestellt, dass gerade Zucker, Öle und Salze und /oder in Form von Zucker-, Salz-, Öl-haltigen Zutaten. Z.B. Traubensaftkonzentrat oder Sojasauce nicht nur zu einer geschmacklichen Anpassung, sondern auch noch zu texturellen Änderungen führen können.Other ingredients such as salt, spices, but also additional starch, sugar, syrup, fats or oils can also be present. These can be added both as part of the raw mixture at the beginning and during the processing. It has surprisingly been found that sugar, oils and salts and/or in the form of ingredients containing sugar, salt or oil, e.g. grape juice concentrate or soy sauce, can not only lead to an adjustment in taste but also to textural changes.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Zuführung funktioneller Bestandteile, wie Aromen, oder auch zusätzlicher spezieller Protein- bzw. Aminosäurequellen zur Einstellung bestimmter Eigenschaften oder Verbesserung der menschlichen Bioverträglichkeit. Im Allgemeinen werden die zusätzlichen Gemische sowie die oben genannten Stoffe als weitere Zutaten oder weitere Komponenten bezeichnet.Another possibility is the addition of functional components, such as flavors, or additional special protein or amino acid sources to adjust certain properties or improve human biocompatibility. In general, the additional mixtures and the substances mentioned above are referred to as additional ingredients or additional components.
Definition Grundmischungdefinition of basic mixture
Eine Grundmischung ist eine Kombination aus einem Proteingemisch, sei es als einzelnes Proteingemisch, oder Gemische aus mehreren Pflanzenarten, als Isolat, Konzentrat oder eine Kombination hiervon, sowie Wasser, das vor oder während der Verarbeitung hinzugegeben wird. Optional können weitere Proteingemische, oder auch andere Zutaten und Komponenten hinzugefügt werden.A base mix is a combination of a protein mixture, be it a single protein mixture, or mixtures of several plant species, as an isolate, concentrate or a combination thereof, and water that is added before or during processing. Optionally, other protein mixtures or other ingredients and components can be added.
Die so erstellte Mischung bildet bei Zugabe von Wasser einen Brei, der anschließend in einem Extruder weiterverarbeitet wird. Alternativ können die einzelnen Bestandteile auch dem Extruder während der Extrusion zugeführt werden.When water is added, the mixture created in this way forms a slurry, which is then further processed in an extruder. Alternatively, the individual components can also be fed into the extruder during extrusion.
Die Grundmischung wird im Allgemeinen in Gewichts-% angegeben, und zwar bezogen auf die hinzugefügten Zutaten. Eine Grundmischung aus 50 % Gewichtsanteil Proteingemisch und 50 % Gewichtsanteil Wasser wird somit durch Mischen gleicher Gewichtsanteile des Proteingemisches und Wasser erzeugt. Dennoch ist der gesamte Wasseranteil in der Grundmischung etwas größer als 50 %, weil das Proteingemisch selbst ja etwas Restfeuchte enthält. Das Gleiche gilt für der Grundmischung zugefügte Salze, Zucker, Fette, da diese ebenfalls im Proteingemisch in unterschiedlicher Menge vorhanden sind.The base mixture is generally given in weight percentages, based on the ingredients added. A base mixture of 50% protein mixture and 50% water is thus produced by mixing equal weight proportions of protein mixture and water. However, the total water content in the base mixture is slightly greater than 50% because the protein mixture itself contains some residual moisture. The same applies to salts, sugars and fats added to the base mixture, as these are also present in the protein mixture in varying amounts.
Entsprechend sind somit die einzelnen Bestandteile in der Grundmischung bezüglich der hinzugegebenen Anteile etwas verschoben. Dies gilt insbesondere auch im Blick auf den Wasseranteil, der aufgrund der Restfeuchte im Proteingemisch im Teig meist etwas höher ist als das rein zugegebene Wasser, im fertigen Texturat aber wiederum niedriger sein kann, weil etwas Wasser verdampft ist.Accordingly, the individual components in the basic mixture are slightly offset in terms of the proportions added. This is particularly true with regard to the water content, which is usually somewhat higher than the water added in the dough due to the residual moisture in the protein mixture, but can be lower in the finished texturate because some of the water has evaporated.
Definition ExtrudatDefinition Extrudate
Im Folgenden wird die in dem Extruder durch Kneten erzeugte Teigmasse, die anschließend dehnungsverformt wird, als Extrudat oder auch als viskose oder hochviskose Masse bezeichnet.In the following, the dough mass produced in the extruder by kneading, which is then stretch-formed, is referred to as extrudate or also as viscous or highly viscous mass.
Der Erfinder hat erkannt, dass während der Herstellungsprozedur eines Extrudats, dieses von dem Mischextruder selbst in eine mehrphasige Gelstruktur geformt wird. Bei diesem Prozess wird durch die Extrusion eine mehrphasige Gelstruktur mit zumindest zwei nicht mischbaren Komponenten erzeugt, beispielsweise eine Protein-Proteinmischung, eine Protein-Polisaccharidmischung sowie eine flüssige bzw. ölige Phase. The inventor has recognized that during the manufacturing process of an extrudate, this is formed into a multiphase gel structure by the mixing extruder itself. In this process, the extrusion produces a multiphase gel structure with at least two immiscible components, for example a protein-protein mixture, a protein-polysaccharide mixture and a liquid or oily phase.
Durch das Kneten und gleichzeitige Erhitzen dieser Komponenten mit Wasser in dem Mischextruder wird eine mehrphasige Biopolymere Masse gebildet, deren Protein Interaktion anschließend durch eine Ausstoßdüse weiter verstärkt wird. Dies erzeugt ein zusammenhängendes, d. h. kohäsives mehrphasiges und viskoelastisches Gel, das im Folgenden auch als Extrudat bezeichnet wird.By kneading and simultaneously heating these components with water in the mixing extruder, a multiphase biopolymer mass is formed, the protein interaction of which is then further enhanced by an ejection nozzle. This produces a coherent, i.e. cohesive, multiphase and viscoelastic gel, which is also referred to below as extrudate.
Obwohl bereits die Form und Ausgestaltung der Ausstoßdüse zu einer Verbesserung der Protein-Protein-Interaktion bzw. auch der Protein-Polisaccharid Interaktion führt, hat der Erfinder erkannt, dass eine Entkoppelung zwischen dem Extrusionsteil und einer späteren Texturierung zu einer deutlichen Verbesserung der Flexibilität hinsichtlich möglicher Prozessparameter, Auswahl der Rohmaterialien und der verschiedenen Texturen führt. Im Ergebnis können so verschiedene Texturate auf pflanzlicher Proteinbasis erzeugt werden, die andernfalls nur mit deutlich größerem Aufwand verarbeitet werden können.Although the shape and design of the ejection nozzle already leads to an improvement in the protein-protein interaction or the protein-polysaccharide interaction, the inventor has recognized that a decoupling between the extrusion part and a later texturing leads to a significant improvement in flexibility with regard to possible various process parameters, selection of raw materials and different textures. As a result, various texturates based on plant proteins can be produced that would otherwise only be possible to process with significantly greater effort.
Das verbesserte Ergebnis wird erreicht, indem zuerst ein kohäsives, mehrphasiges und viskoelastisches Gel aus den einzelnen Komponenten einer Grundmischung mit Wasser erzeugt wird und anschließend dieses Extrudat weiteren Druckverformung unterworfen wird. Dabei führt die Verformung der dispergierten Phase des Extrudats unter anderem zu einem Bruch der Gelstruktur in eine durch die Druck- und Vorwärtsrichtung vorgegebene Vorzugsrichtung, wodurch eine Anisotropie in dem Gel und damit eine Schichtbildung erzeugt wird.The improved result is achieved by first creating a cohesive, multiphase and viscoelastic gel from the individual components of a base mixture with water and then subjecting this extrudate to further compression deformation. The deformation of the dispersed phase of the extrudate leads, among other things, to a break in the gel structure in a preferred direction determined by the pressure and forward direction, which creates anisotropy in the gel and thus a layer formation.
Auf diese Weise lässt sich nicht nur die Stärke der gebildeten Anisotropie über einen weiten Bereich hinweg einstellen, sondern auch andere Parameter wie zum Beispiel eine Veränderung der Härte des mehrphasigen viskoelastischen Gels, einer Faserlänge und anderen. Entsprechend kann auf diese Weise die Masse weitgehend unabhängig von den Prozessparametern während der Extrusion sowie den verwendeten Materialien in der Grundmischung texturiert werden. Insbesondere ist es möglich, den Vektor der Deformation, d. h. sowohl die Stärke des ausgeübten Druckes bzw. Stresses als auch die Richtung über einen weiten Bereich unabhängig von der eigentlichen Extrusion einzustellen. Dies führt zu einem Anstieg in der Anisotropie des Extrudats und damit zu der gewünschten einstellbaren Faserbildung.In this way, not only the strength of the anisotropy formed can be adjusted over a wide range, but also other parameters such as a change in the hardness of the multiphase viscoelastic gel, a fiber length and others. Accordingly, the mass can be textured largely independently of the process parameters during extrusion and the materials used in the base mixture. In particular, it is possible to adjust the vector of deformation, i.e. both the strength of the pressure or stress applied and the direction, over a wide range independently of the actual extrusion. This leads to an increase in the anisotropy of the extrudate and thus to the desired adjustable fiber formation.
Es hat sich hierbei in mehreren Experimenten herausgestellt, dass das vorgeschlagene Prinzip auch ein Texturieren von Extrudaten erlaubt, die mit verschiedenen Ausstoßdüsen, d. h. einer unterschiedlichen Düsengeometrie gebildet wurden. Dies erhöht die Flexibilität und erlaubt es auch Düsengeometrien zu verwenden, bei denen eine Anisotropiebildung nicht eintritt, sondern diese erst später durch die Deformation erzeugt wird. Insgesamt ist eine Bildung verschiedener Anisotropien und damit eine verbundene Schicht- oder Faserbildung bei verschiedenen Pflanzenproteinen möglich, um so fleischähnliche oder auch fischähnliche Produkte sowohl in ihrer Textur als auch im Mundgefühl zu bilden.It has been shown in several experiments that the proposed principle also allows texturing of extrudates that were formed with different ejection nozzles, i.e. a different nozzle geometry. This increases flexibility and also allows nozzle geometries to be used in which anisotropy formation does not occur, but is only created later by deformation. Overall, the formation of different anisotropies and the associated layer or fiber formation is possible with different plant proteins in order to create meat-like or fish-like products both in terms of their texture and mouthfeel.
Die Deformation der dispergierten Phase und auch der Bruch des mehrphasigen Extrudats zur Ausbildung und Formung von Anisotropie wird durch Ausüben eines Druckes, beispielsweise durch ein Walzensystem erzeugt, bei dieses einen im Wesentlichen senkrecht zur Vortriebsrichtung stehenden Druck auf die viskoelastische Masse ausübt. Dabei wird der Masse gleichzeitig ermöglicht, in die andere senkrecht zur Vortriebsrichtung stehende Richtung auszuweichen, was zur Anisotropiebildung beiträgt. Die verschiedenen Eigenschaften der Anisotropie im fertigen Texturat lassen sich durch die operativen Parameter der Walzeneinrichtung einstellen, beispielsweise des Spalts zwischen der oberen und der unteren Walze, der Art der Walzenrollen, deren Größe, dem Eingangswinkel, der Walzengeschwindigkeit und anderen.The deformation of the dispersed phase and also the breakage of the multiphase extrudate to form and shape anisotropy is produced by exerting pressure, for example by a roller system, in which the latter exerts a pressure on the viscoelastic mass that is essentially perpendicular to the direction of advance. At the same time, the mass is allowed to deviate in the other direction perpendicular to the direction of advance, which contributes to the formation of anisotropy. The various properties of anisotropy in the finished textured material can be adjusted by the operational parameters of the roller device, for example the gap between the upper and lower rollers, the type of roller rolls, their size, the entry angle, the roller speed and others.
In einem Aspekt weist eine Mischextruder eine Einlasszone zur Zuführung einer Grundmischung auf, wobei die Grundmischung zumindest ein Proteingemisch sowie Wasser enthält. Der Mischtextruder umfasst weiterhin eine Mischzone sowie eine Ausstoßzone und ist ausgebildet, über mehrere Zonen hinweg bei einem Temperaturanstieg bis auf eine maximale Temperatur zwischen 110°C und 160°C aus der Grundmischung und dem Wasser ein mehrphasiges Gel zu erzeugen. Dieses umfasst unter anderem zwei nicht mischbare Komponenten, welche beispielsweise Protein-Proteinkomponenten, Protein-Polysaccharid Komponenten oder Ölmischungen beinhalten. Die Begriffe Extrudat und Gel werden zum Zwecke dieser Anmeldung synonym verwendet.In one aspect, a mixing extruder has an inlet zone for supplying a base mixture, wherein the base mixture contains at least one protein mixture and water. The mixing extruder further comprises a mixing zone and an ejection zone and is designed to produce a multiphase gel from the base mixture and the water across several zones with a temperature increase up to a maximum temperature between 110°C and 160°C. This comprises, among other things, two immiscible components, which include, for example, protein-protein components, protein-polysaccharide components or oil mixtures. The terms extrudate and gel are used synonymously for the purposes of this application.
An den Mischextruder angeschlossen ist eine Ausstoßdüse, die ausgebildet ist, während eines Vortriebs des mehrphasigen Gels dieses thermomechanisch zur Bildung eines viskoelastischen mehrphasigen und insbesondere kohäsiven Gels zu behandeln. Am Ausgang dieser Ausstoßdüse liegt somit ein Extrudat vor. Die Begriffe Extrudat und viskoelastisches mehrphasiges und optional kohäsives Gel werden zum Zwecke dieser Anmeldung synonym verwendet. Es versteht sich hierbei aber, dass auch bereits im Mischextruder durch den Knet- und Mischvorgang eine Interaktion zwischen einzelnen Proteinen und Protein-Polysacchariden sowie weiteren Komponenten stattfindet, die zu einer gewissen Viskoelastizität führen. Die Begriffe mehrphasiges Gel oder auch Extrudat, werden daher auch dazu verwendet, die Position der proteinhaltigen Masse in der Anordnung zu kennzeichnen.Connected to the mixing extruder is an ejection nozzle which is designed to treat the multiphase gel thermomechanically during the advancement of the gel to form a viscoelastic multiphase and in particular cohesive gel. An extrudate is therefore present at the outlet of this ejection nozzle. The terms extrudate and viscoelastic multiphase and optionally cohesive gel are used synonymously for the purposes of this application. It is understood, however, that an interaction between individual proteins and protein polysaccharides and other components takes place in the mixing extruder through the kneading and mixing process, which leads to a certain viscoelasticity. The terms multiphase gel or extrudate are therefore also used to indicate the position of the protein-containing mass in the arrangement.
Ebenso umfasst die erfindungsgemäße Extrusionsanordnung nun eine Walzenanordnung, deren Spalt zumindest abschnittsweise geringer ist als eine Dicke der Ausstoßdüse. Damit ist sichergestellt, dass der Spalt der Walzenanordnung geringer ist als die Dicke des durch die Ausstoßdüse abgegebenen Extrudats. Die Walzenanordnung ist zudem ausgebildet, einen Druck auf das viskoelastische mehrphasige Gel bzw. Extrudat senkrecht zu einer Vortriebsrichtung auszuüben und so die Anisotropie des Extrudats durch Verformung zu bewirken.The extrusion arrangement according to the invention also comprises a roller arrangement whose gap is, at least in sections, smaller than the thickness of the ejection nozzle. This ensures that the gap of the roller arrangement is smaller than the thickness of the extrudate discharged through the ejection nozzle. The roller arrangement is also designed to exert pressure on the viscoelastic multiphase gel or extrudate perpendicular to a direction of advance and thus to cause the anisotropy of the extrudate by deformation.
Dadurch lässt sich ein fasriges Texturat erzeugen, wobei die durch Deformation erzeugte Anisotropie über die Parameter der Walzenanordnung einstellbar ist. Insbesondere kann so auch aus einer an sich nur schwierig extrudierbaren Proteinmischung ein Texturat mit längsgerichteten Fasern erzeugt werden.This makes it possible to produce a fibrous textured product, whereby the anisotropy generated by deformation can be adjusted via the parameters of the roller arrangement. In particular, a textured product with longitudinally oriented fibers can be produced from a protein mixture that is difficult to extrude.
Einige Aspekte beschäftigen sich dabei mit der Walzenanordnung und dem daraus resultierenden Druckaufbau bzw. der Deformation auf das Extrudat bzw. das kohäsive viskoelastische und mehrphasige Gel. In einigen Aspekten umfasst die Walzenanordnung dabei zumindest zwei Reihen von Walzenrollen, die sich jeweils gegenüberstehen. Das viskoelastische mehrphasige Gel wird von der Ausstoßdüse als Extrudat den beiden Reihen von Walzenrollen zugeführt, die anschließend senkrecht zur Vortriebsrichtung durch den gewählten Schlitzabstand zwischen den Walzenrollen einen entsprechenden Pressdruck ausüben und damit zu einer Deformation führen. Jede dieser Reihen von Walzenrollen umfasst hierzu mehrere in Vorwärtsrichtung angeordnete Walzenrollen.Some aspects deal with the roller arrangement and the resulting pressure build-up or deformation on the extrudate or the cohesive viscoelastic and multiphase gel. In some aspects, the roller arrangement comprises at least two rows of roller rollers, each of which is positioned opposite one another. The viscoelastic multiphase gel is fed from the ejection nozzle as extrudate to the two rows of roller rollers, which then exert a corresponding pressing pressure perpendicular to the direction of advance through the selected slot spacing between the roller rollers, thereby leading to deformation. Each of these rows of roller rollers comprises several roller rollers arranged in the forward direction.
In einem anderen Aspekt sind anstatt der Walzenrollen gegenüberliegend angeordnete Bandwalzen vorgesehen. Diese umfassen für den Lebensmittelbereich zugelassene Materialien, wobei die Bandwalzen jeweils ein durch mindestens zwei Rollen aufgespanntes und angetriebenes Walzenband umfassen. Dieses wird durch die Rollen auch angetrieben. Hierzu kann das Walzenband entsprechend strukturiert und beispielsweise mit einem Zahnkranz ausgebildet sein, in das die zumindest zwei Rollen eingreifen. Neben den beiden Rollen können weitere Rollen vorgesehen sein, die aufgrund ihrer Anordnung auf das Walzenband einen Druck in Richtung auf das viskoelastische mehrphasige Gel ausüben. Mit anderen Worten wird hierbei durch die Bandwalzen eine Verformung des viskoelastischen mehrphasigen Gel erzeugt, somit die Anisotropie durch die Verformung der dispergierten Phase und das Aufbrechen der Mehrphasenstruktur erzeugt.In another aspect, instead of the roller rollers, oppositely arranged belt rollers are provided. These comprise materials approved for the food industry, with the belt rollers each comprising a roller belt clamped and driven by at least two rollers. This is also driven by the rollers. For this purpose, the roller belt can be structured accordingly and, for example, designed with a gear ring into which the at least two rollers engage. In addition to the two rollers, further rollers can be provided which, due to their arrangement, exert pressure on the roller belt in the direction of the viscoelastic multiphase gel. In other words, the belt rollers cause the viscoelastic multiphase gel to deform, thus creating anisotropy through the deformation of the dispersed phase and the breaking up of the multiphase structure.
In einem weiteren Aspekt ist eine Bandwalze mit einem Walzenband vorgesehen, welches durch zumindest zwei Rollen aufgespannt und angetrieben wird. Auf der anderen Seite und mit einem Abstand hierzu angeordnet, befindet sich eine Reihe von einer oder mehreren Walzenrollen. Diese üben bei einem Vortrieb des Extrudats durch das Walzenband auf dieses zusätzlich einen Druck und damit eine Verformung aus, die zu der gewünschten Anisotropie und damit zur Bildung der fasrigen Struktur führt.In a further aspect, a belt roller is provided with a roller belt, which is clamped and driven by at least two rollers. On the other side and arranged at a distance from this, there is a row of one or more rollers. When the extrudate is pushed forward through the roller belt, these exert additional pressure on it and thus a deformation, which leads to the desired anisotropy and thus to the formation of the fibrous structure.
Die unterschiedlichen Walzenanordnungen können beliebig kombiniert werden, um so die gewünschte Anisotropie in dem Extrudat zu bilden. Beispielsweise ist es möglich, erst Bandwalzen vorzusehen und anschließend zwei Reihen von Walzenrollen, um so die Anisotropie in eine gewünschte Richtung zu lenken. Ebenso ist es möglich, verschiedene Walzenanordnungen anzugeben, bei denen der Druck und die daraus resultierende Verformung in unterschiedliche Richtungen senkrecht zur Vortriebsrichtung erfolgt.The different roller arrangements can be combined as desired to create the desired anisotropy in the extrudate. For example, it is possible to first provide belt rollers and then two rows of roller rolls to direct the anisotropy in a desired direction. It is also possible to specify different roller arrangements in which the pressure and the resulting deformation occur in different directions perpendicular to the direction of advance.
In einem Aspekt können die benachbarten Walzenrollen sowohl der Reihen von Walzenrollen als auch die Rollen der Bandwalze einen Abstand aufweisen, der geringer ist als ein Durchmesser, oder auch geringer ist als ein Radius der Walzenrolle, bzw. der Rolle. Mit anderen Worten wird durch den Abstand von den benachbarten Walzenrollen der Druck und damit die Stärke der Verformung auf das Extrudat eingestellt. In einigen Aspekten lässt sich dieser Abstand gegenüberliegender Rollen variieren, sodass auch hier eine weitere flexible Ausgestaltung möglich ist.In one aspect, the adjacent rollers of both the rows of rollers and the rollers of the belt roller can have a distance that is less than a diameter or less than a radius of the roller or roller. In other words, the pressure and thus the strength of the deformation on the extrudate is adjusted by the distance from the adjacent rollers. In some aspects, this distance between opposing rollers can be varied, so that a further flexible design is also possible here.
Ebenso ist es denkbar, nicht nur den Abstand zwischen zwei benachbarten Walzenrollen einer Reihe, sondern auch den Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Walzenrollen einzustellen, um so einen weiteren Freiheitsgrad zu erzeugen. Dies erlaubt es beispielsweise durch unterschiedliche Abstände einen unterschiedlich großen Druck während des Vortriebs durch die Walzenanordnung auf das viskoelastische mehrphasige Gel bzw. das Extrudat zu erzeugen, um somit Druckabschnitte und Ruheabschnitte während des Vortriebs durch die Walzenanordnung zu bilden. In einigen Aspekten kann vorgesehen sein, dass sich die einzelnen Rollen nicht direkt, sondern leicht versetzt, d.h. auf „Lücke“ gegenüberliegen. Damit wird eventuell eine gleichmäßigere Verformung von beiden Seiten auf das Extrudat ausgeübt.It is also conceivable to adjust not only the distance between two adjacent rollers in a row, but also the distance between two opposing rollers, in order to create a further degree of freedom. This makes it possible, for example, to generate different levels of pressure on the viscoelastic multiphase gel or the extrudate by means of different distances during propulsion through the roller arrangement, in order to thus form pressure sections and rest sections during propulsion through the roller arrangement. In some aspects, it can be provided that the individual rollers are not directly opposite each other, but slightly offset, i.e. with a "gap". This may result in a more even deformation of the extrudate from both sides.
In einigen Aspekten ist hierzu vorgesehen, dass zumindest zwei benachbarten Walzenrollen einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Alternativ kann wie vorher dargestellt auch die Position der Walzenrollen senkrecht zur Vortriebsrichtung unterschiedlich sein. In einigen Aspekten ist dabei insbesondere vorgesehen, dass eine Walzenrolle, die in Vortriebsrichtung nachgelagert ist, einen größeren Durchmesser aufweist als eine zu dieser Walzenrolle in Vortriebsrichtung vorgelagerte Walzenrolle. Mit anderen Worten werden die Durchmesser der Walzenrollen in Vortriebsrichtung jeweils größer, sodass sich der Spalt zwischen gegenüberliegenden Walzenrollen bzw. zwischen den Walzenrollen und dem Walzenband einer Bandwalze in Vortriebsrichtung zunehmend verringert. In gleicher Weise kann sich auch der Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Walzenbändern in Vortriebsrichtung reduzieren. In einer alternativen Ausgestaltung ist es hierzu ebenfalls möglich, dass die Walzenrollen in einem unterschiedlichen Abstand zueinander bzw. mit einem unterschiedlichen Abstand senkrecht zur Vortriebsrichtung ausgebildet sind.In some aspects, it is provided that at least two adjacent rollers have a different diameter. Alternatively, as previously described, the position of the rollers perpendicular to the direction of advance can also be different. In some aspects, it is provided in particular that a roller that is downstream in the direction of advance has a larger diameter than a roller that is upstream of this roller in the direction of advance. In other words, the diameters of the rollers become larger in the direction of advance, so that the gap between opposing rollers or between the rollers and the roller belt of a belt roller is increasingly reduced in the direction of advance. In the same way, the distance between the two opposing roller belts in the direction of advance can also be reduced. In an alternative embodiment, it is also possible for the rollers at different distances from each other or at different distances perpendicular to the direction of advance.
In einem weiteren Aspekt kann sich der Spalt der Walzenanordnung, d. h. der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Walzenrollen oder gegenüberliegenden Bandwalzen kontinuierlich oder auch abschnittsweise verringern. In einigen weiteren Aspekten ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass der Spalt der Walzenanordnung in Vortriebsrichtung zumindest abschnittsweise im Wesentlichen konstant bleibt. Dadurch lassen sich beispielsweise Druck-, bzw. Verformungsabschnitte und Ruheabschnitte während des Vortriebs durch die Walzenanordnung definieren.In a further aspect, the gap of the roller arrangement, i.e. the distance between two opposing roller rolls or opposing belt rollers, can be reduced continuously or in sections. In some further aspects, it is provided in this context that the gap of the roller arrangement remains essentially constant in the direction of advance, at least in sections. This makes it possible, for example, to define pressure or deformation sections and rest sections during advance through the roller arrangement.
Eine weitere Möglichkeit, in dem mehrphasigen viskoelastischen und kohäsiven Gel eine Anisotropie zu erzeugen, ergibt sich durch eine unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit der Walzenrollen. Dabei ist es beispielsweise möglich, dass Walzenrollen, die in Vortriebsrichtung nach gelagert sind, eine höhere Rotationsgeschwindigkeit aufweisen als in Vortriebsrichtung vorgelagerte Walzenrollen. Mit anderen Worten wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Rotationsgeschwindigkeit der einzelnen Walzenrollen erhöht, je weiter das Extrudat in der Walzenanordnung vorangetrieben wird.Another way to create anisotropy in the multiphase viscoelastic and cohesive gel is by using different rotation speeds for the rollers. For example, it is possible for rollers that are positioned downstream in the direction of advance to have a higher rotation speed than rollers that are positioned upstream in the direction of advance. In other words, in this embodiment, the rotation speed of the individual rollers is increased the further the extrudate is advanced in the roller arrangement.
In einem anderen Aspekt können beispielsweise Walzenrollen einer Reihe eine unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeit gegenüber den Walzenrollen einer anderen Reihe aufweisen. Entsprechend ist es auch möglich, dass die gegenüberliegend angeordneten Bandwalzen unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen, sodass auf diese Weise eine Oberseite des Extrudats während des Vortriebs durch die Anordnung eine andere Spannung erfährt als die Unterseite des Extrudats. Damit lassen sich die Scherkräfte variieren; allerdings ist es durch geeignete Anordnung ebenso möglich, auch die Dehnkräfte zu verändern, so dass eine große Flexibilität erreicht wird. In einem weiteren Aspekt kann ebenso vorgesehen sein, dass das Walzenband sich gegenüber den einzelnen Walzenrollen mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit bewegt.In another aspect, for example, rollers in one row can have a different rotation speed compared to the rollers in another row. Accordingly, it is also possible for the belt rollers arranged opposite one another to have different speeds, so that in this way the top side of the extrudate experiences a different tension than the bottom side of the extrudate as it advances through the arrangement. This allows the shear forces to be varied; however, it is also possible to change the stretching forces using a suitable arrangement, so that a high degree of flexibility is achieved. In another aspect, it can also be provided that the roller belt moves at a different speed compared to the individual rollers.
All die oben genannten Aspekte der Walzenrollen oder auch der Bandwalzen können miteinander kombiniert werden, sodass sich je nach gewünschter Textur und verwendeten Parametern wie zum Beispiel der Zusammensetzung der Grundmischung, den Parametern des Extrudats und auch den Geometrieparametern der Ausstoßdüse eine unterschiedliche Anisotropie erreichen lässt.All of the above-mentioned aspects of the roller rolls or belt rollers can be combined with each other so that a different anisotropy can be achieved depending on the desired texture and parameters used, such as the composition of the base mixture, the parameters of the extrudate and also the geometry parameters of the ejection nozzle.
In einem weiteren Aspekt kann zudem vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Walzenrolle oder auch die Oberfläche der Bandwalzen strukturiert ist, um so beim Vortrieb des viskoelastischen und mehrphasigen Gels diesem eine Spur aufzuprägen.In a further aspect, it can also be provided that the surface of the roller roll or the surface of the belt rollers is structured in order to imprint a track on the viscoelastic and multiphase gel as it advances.
Ein anderer Aspekt betrifft die Expansion sowie die Temperaturverarbeitung durch die Walzenanordnung. Während der Ausstoßphase, d. h. während des Austritts des mehrphasigen viskoelastischen und kohäsiven Gels aus der Ausstoßdüse kann in einigen Aspekten eine weitere Expansion erfolgen, bei dem noch vorhandenes Wasser bzw. Feuchtigkeit innerhalb des Gels aufgrund des Druckabfalls verdampft und so zu einer Auflockerung der Masse führt. Es kann also in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, die Walzenanordnung temperierbar und insbesondere beheizbar oder auch kühlbar auszugestalten, um so ebenfalls einen weiteren Freiheitsgrad zu erhalten.Another aspect concerns the expansion and temperature processing by the roller arrangement. During the ejection phase, i.e. while the multiphase viscoelastic and cohesive gel exits the ejection nozzle, further expansion can occur in some aspects, during which any water or moisture still present within the gel evaporates due to the drop in pressure and thus leads to a loosening of the mass. In this context, it can therefore be advantageous to design the roller arrangement so that it can be tempered and, in particular, heated or cooled, in order to also obtain a further degree of freedom.
In diesem Zusammenhang wurde unter anderem auch festgestellt, dass die Deformierung durch die Walzenanordnung unter bestimmten Parametern zumindest teilweise reversibel ist, d.h. die viskoelastische Masse somit auch nach dem Ausüben eines Druckes wieder teilweise ihre ursprüngliche Form annimmt. Entsprechend ist vorgesehen, durch Einstellung der Stärke des Drucks, der Dauer eines Vortriebs durch die Walzenanordnung, die Schlitzdicke, sowie weitere geometrische und mechanische Parameter und einer Temperatureinstellung, die Verformung irreversible auszugestalten. Dabei bedeutet der Begriff irreversible unter anderem auch, dass ein Bruch der mehrphasigen Komponente erfolgt, so dass es zu Schichtenbildung kommt.In this context, it was also determined, among other things, that the deformation caused by the roller arrangement is at least partially reversible under certain parameters, i.e. the viscoelastic mass partially returns to its original shape even after pressure has been applied. Accordingly, it is planned to make the deformation irreversible by adjusting the strength of the pressure, the duration of advancement through the roller arrangement, the slot thickness, as well as other geometric and mechanical parameters and a temperature setting. The term irreversible also means, among other things, that the multi-phase component breaks, resulting in the formation of layers.
Eine dauerhafte und in wesentlichen Teilen irreversible Anisotropie kann unter anderem durch die Walzenanordnung direkt erfolgen, indem beispielsweise der ausgeübte Druck einen Schwellwert bzw. einen Schwellenbereich übersteigt. In einem anderen Ausführungsbeispiel lässt sich dies zusätzlich mit einer Temperaturveränderung während des Vortriebes und insbesondere während der Deformation oder kurz danach kombinieren. So hat sich überraschend herausgestellt, dass eine Anisotropie auch dann erhalten bleibt, wenn die Erzeugung der Anisotropie bei einer höheren Temperatur erfolgt und die so behandelte Masse anschließend vor dem Einsetzen einer Rückbildung abgekühlt wird.A permanent and essentially irreversible anisotropy can be achieved directly by the roller arrangement, for example by the pressure exerted exceeding a threshold value or a threshold range. In another embodiment, this can also be combined with a temperature change during the advance and in particular during the deformation or shortly thereafter. It has surprisingly been found that anisotropy is retained even if the anisotropy is generated at a higher temperature and the mass treated in this way is then cooled before the onset of regression.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Ausgestaltung der Ausstoßdüse sowie die Unterschiede zwischen der Ausstoßdüse und der Walzenanordnung. Im Bereich der Ausstoßdüse ist es zweckmäßig, eine transversale oder longitudinale Dehnspannung ohne weitere Scherkräfte zu erzeugen, da letztere zur Zerstörung einer möglichen Faserbildung oder auch einer Reduktion einer möglicherweise durch die Ausstoßdüse bereits erzeugten Anisotropie beitragen. Entsprechend ist es zweckmäßig, eine Haftung zwischen der Oberfläche der Ausstoßdüse und der vorgetriebenen Masse, d. h. dem mehrphasigen Gel zu verringern.Another aspect concerns the design of the ejection nozzle and the differences between the ejection nozzle and the roller arrangement. In the area of the ejection nozzle, it is advisable to generate a transverse or longitudinal tensile stress without further shear forces, since the latter can lead to the destruction of a possible fiber formation or a reduction of anisotropy possibly already generated by the ejection nozzle in the case of Accordingly, it is advisable to reduce adhesion between the surface of the ejection nozzle and the propelled mass, ie the multiphase gel.
In einigen Ausgestaltungen ist daher eine Innenseite der Ausstoßdüse mit einem Fluorpolymer und insbesondere Teflon beschichtet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine Innenseite eines ersten Abschnitts der Ausstoßdüse ein erstes Material aufweist und eine Innenseite eines darauffolgenden zweiten Abschnitts der Ausstoßdüse ein zweites Material und zum ersten Material unterschiedliches Material umfasst. In diesem Zusammenhang kann das Material der Ausstoßdüse bzw. deren Oberflächenbeschaffenheit insbesondere anders ausgestaltet sein als das Material der Walzenanordnung bzw. deren Oberflächenbeschaffenheit.In some embodiments, an inner side of the ejection nozzle is therefore coated with a fluoropolymer and in particular Teflon. Alternatively, it can also be provided that an inner side of a first section of the ejection nozzle has a first material and an inner side of a subsequent second section of the ejection nozzle comprises a second material and a material that is different from the first material. In this context, the material of the ejection nozzle or its surface quality can in particular be designed differently than the material of the roller arrangement or its surface quality.
In einigen Aspekten ist es in diesem Zusammenhang zweckmäßig, dass ein Material der Ausstoßdüse zumindest abschnittsweise einen geringeren Haft- und/oder auch Gleitreibungskoeffizienten aufweist als ein Material der Walzenanordnung. Mit anderen Worten weist die Oberfläche der Walzenanordnung eine allgemein höhere Reibung aus als die Oberfläche der Ausstoßdüse. Entsprechend ist die Extruderanordnung derart ausgestaltet, dass eine Haftreibung in der Ausstoßdüse möglichst gering, jedoch in der Walzenanordnung zur Erzeugung der Anisotropie größer ist.In some aspects, it is expedient in this context that a material of the ejection nozzle has, at least in sections, a lower coefficient of static and/or sliding friction than a material of the roller arrangement. In other words, the surface of the roller arrangement generally has a higher friction than the surface of the ejection nozzle. Accordingly, the extruder arrangement is designed in such a way that static friction in the ejection nozzle is as low as possible, but is greater in the roller arrangement to generate the anisotropy.
In einigen Aspekten umfasst die Ausstoßdüse wenigstens einen Abschnitt, bei dem eine Abnahme des Durchmessers entlang einer ersten Richtung senkrecht zur Vorwärtsrichtung größer ist als eine Abnahme entlang einer zu ersten Richtung und zur Vortriebsrichtung senkrechten zweiten Richtung. Damit ist die Ausstoßdüse als transversale Dehnungsdüse ausgebildet, bei dem die in dem Mischextruder erzeugte Masse transversal zur Vortriebsrichtung einer Dehnungsspannung unterworfen wird.In some aspects, the ejection nozzle comprises at least one section in which a decrease in diameter along a first direction perpendicular to the forward direction is greater than a decrease along a second direction perpendicular to the first direction and the advance direction. The ejection nozzle is thus designed as a transverse expansion nozzle in which the mass produced in the mixing extruder is subjected to an expansion stress transverse to the advance direction.
Alternativ kann die Ausstoßdüse auch wenigstens einen Abschnitt aufweisen, bei dem eine Zunahme des Durchmessers entlang einer Richtung senkrecht zur Vortriebsrichtung erfolgt. Auch in dieser Ausgestaltung erfolgt ein Erzeugen von Dehnungskräften senkrecht zur Vortriebsrichtung. Ein Eingangsquerschnitt der Ausstoßdüse kann in einigen Aspekten größer sein als ein Ausgangsquerschnitt. Entsprechend führt bei einem gleich bleibenden Massetransport durch die Ausstoßdüse die Änderung des Querschnittes dazu, dass die vorgetriebene Masse in eine Richtung, beispielsweise transversal zur Vortriebsrichtung gedehnt wird.Alternatively, the ejection nozzle can also have at least one section in which the diameter increases along a direction perpendicular to the direction of advance. In this embodiment, too, expansion forces are generated perpendicular to the direction of advance. An input cross-section of the ejection nozzle can in some aspects be larger than an output cross-section. Accordingly, with a constant mass transport through the ejection nozzle, the change in the cross-section leads to the propelled mass being expanded in one direction, for example transversely to the direction of advance.
In einem anderen Aspekt kann jedoch auch eine longitudinale Dehnungsdüse vorgesehen sein, bei der sich beispielsweise der Querschnitt der Düse über die Vortriebsrichtung hinweg verringert, ohne dass sich das Verhältnis aus Länge und Breite der Düse ändert. Der Querschnitt der Düse wird also unter Beibehaltung seiner Form über die Länge der Düse hinweg geringer.In another aspect, however, a longitudinal expansion nozzle can also be provided in which, for example, the cross-section of the nozzle decreases over the direction of advance without the ratio of length to width of the nozzle changing. The cross-section of the nozzle thus becomes smaller while retaining its shape over the length of the nozzle.
In einem weiteren Aspekt umfasst die Ausstoßdüse unterschiedliche Abschnitte, bei denen zumindest einige einen konstanten Querschnitt aufweisen. Entsprechend kann somit die Ausstoßdüse Abschnitte aufweisen, bei dem die vorgetriebene Masse einer transversalen oder auch einer longitudinale Dehnung (oder einer Kombination hiervon) unterworfen wird, sowie daran angeschlossene weitere Abschnitte, die als Ruhezonen gekennzeichnet sind und in der die Masse lediglich vorgetrieben, aber im Wesentlichen keiner weiteren Dehnungsspannung unterworfen wird. In einem weiteren Aspekt lassen sich transversale und longitudinale Spannungen gleichzeitig durch eine entsprechende Geometrie der Ausstoßdüse bzw. dessen Querschnitt verwirklichen.In a further aspect, the ejection nozzle comprises different sections, at least some of which have a constant cross-section. Accordingly, the ejection nozzle can thus have sections in which the propelled mass is subjected to a transverse or also a longitudinal expansion (or a combination thereof), as well as further sections connected thereto, which are characterized as rest zones and in which the mass is only propelled but is essentially not subjected to any further expansion stress. In a further aspect, transverse and longitudinal stresses can be realized simultaneously by an appropriate geometry of the ejection nozzle or its cross-section.
Die Düse kann somit als Schlitzdüse, als quadratische oder rechtecksförmige Düse oder auch als ovale, runde oder Couette-Düse mit jeweils kürzerer oder größerer Länge ausgebildet sein. In einigen Aspekten ist die Düse länger als ihr entsprechender Eingangs- oder Ausgangsquerschnitt. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig, sondern es besteht auch die Möglichkeit, dass der Ausgangsquerschnitt in eine Richtung (z.B. in der Breite) größer ist als die Länge der Düse.The nozzle can therefore be designed as a slot nozzle, as a square or rectangular nozzle, or as an oval, round or Couette nozzle, each with a shorter or longer length. In some aspects, the nozzle is longer than its corresponding inlet or outlet cross-section. However, this is not absolutely necessary; it is also possible for the outlet cross-section to be larger in one direction (e.g. in width) than the length of the nozzle.
Durch das vorgeschlagene Prinzip wird in dem von der Ausstoßdüse abgegebenen Extrudat eine Textur und eine Anisotropie erzeugt, indem die Walzenanordnung das Extrudat während des Vortriebs deformiert und so ein Bruch in dem mehrphasigen Gel erzeugt. Dabei ist es jedoch nicht notwendig, dass die Walzenanordnung sich unmittelbar an die Ausstoßdüse anschließt, sondern es können weitere Anordnungen zur Verarbeitung des ausgestoßenen Extrudats vorgesehen sein. In einigen Aspekten ist dies beispielsweise eine Schneideanordnung, die zwischen der Ausstoßdüse und der Walzenanordnung angeordnet ist. Die Schneideanordnung kann ausgebildet sein, die aus der Ausstoßdüse ausgetretene Masse senkrecht zur Vortriebsrichtung in insbesondere gleich lange Portionen zu unterteilen. In einem anderen Aspekt ist die Schneideanordnung ausgebildet, die aus der Ausstoßdüse ausgetretene Masse längs der Vortriebsrichtung zu schneiden und zu zerteilen.The proposed principle creates a texture and anisotropy in the extrudate released from the ejection nozzle in that the roller arrangement deforms the extrudate during the advance and thus creates a fracture in the multiphase gel. However, it is not necessary for the roller arrangement to be directly connected to the ejection nozzle; instead, further arrangements for processing the ejected extrudate can be provided. In some aspects, this is, for example, a cutting arrangement arranged between the ejection nozzle and the roller arrangement. The cutting arrangement can be designed to divide the mass released from the ejection nozzle perpendicular to the advance direction into portions of equal length in particular. In another aspect, the cutting arrangement is designed to cut and divide the mass released from the ejection nozzle along the advance direction.
Auf diese Weise wird der Walzenanordnung nicht ein kontinuierliches Extrudat zugeführt, sondern einzelne Stücke oder Streifen. Es ist möglich, dass diese Stücke, zw. Streifen unregelmäßig von der Walzenanordnung erfasst werden, weil sie beispielsweise von oben in die Walzenanordnung fallen. Dadurch wird die Anisotropie bei den einzelnen Stücken unterschiedlich erzeugt, wobei der Gelbruch oder auch die Deformation sowohl in Richtung (d.h. entlang eines Streifens als auch quer dazu) erfolgt.In this way, the roller assembly is not fed with a continuous extrudate, but rather individual pieces or strips. that these pieces, or strips, are irregularly caught by the roller arrangement because, for example, they fall into the roller arrangement from above. This causes the anisotropy to be generated differently for the individual pieces, with the gel breaking or deformation occurring both in the direction (ie along a strip and across it).
In einem weiteren Aspekt kann zudem auch eine Ruhezone vorgesehen sein, die zwischen der Ausstoßdüse und der Walzenanordnung angeordnet ist. Diese ist unter anderem ausgestaltet, dass das viskoelastische mehrphasige Gel bzw. Extrudat unter Änderung seines Feuchtigkeitsanteils von der Ausstoßdüse zur Walzenanordnung zu transportieren. Der Feuchtigkeitsanteil kann dabei abnehmen, aber auch Besprühen oder andere Maßnahmen leicht steigen. Die Ruhezone kann darüber hinaus auch temperiert sein. Ebenso können in dieser weitere Maßnahmen wie beispielsweise Bestäuben oder Beschichten mit einer Emulsion vorgesehen sein.In a further aspect, a rest zone can also be provided, which is arranged between the ejection nozzle and the roller arrangement. This is designed, among other things, to transport the viscoelastic multiphase gel or extrudate from the ejection nozzle to the roller arrangement while changing its moisture content. The moisture content can decrease, but can also increase slightly through spraying or other measures. The rest zone can also be temperature-controlled. Other measures such as dusting or coating with an emulsion can also be provided in this.
Die hier vorgestellte Schneideanordnung als auch die Ruhezone ist in einigen Aspekten nach der Walzenanordnung angeordnet. Darüber hinaus ist es möglich, nach der Walzenanordnung eine Kältevorrichtung vorzusehen, in der die nun mit Anisotropie versehene viskoelastische mehrphasige Masse schnell abgekühlt wird, sodass die Anisotropie erhalten bleibt und damit ein irreversibler Prozess erzeugt wird.The cutting arrangement presented here as well as the rest zone are arranged after the roller arrangement in some aspects. In addition, it is possible to provide a cooling device after the roller arrangement in which the viscoelastic multiphase mass, which is now provided with anisotropy, is cooled quickly so that the anisotropy is retained and an irreversible process is created.
Ein anderer Aspekt betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Texturats. Bei diesem wird eine Grundmischung bereitgestellt, welches wenigstens ein erstes Proteingemisch mit einem Gewichtsanteil zwischen 40 Gewichtsprozent und 90 Gewichtsprozent bezogen auf eine Grundmischung umfasst. Das Proteingemisch kann dabei, wie oben bereits erläutert, aus einem einzelnen Proteingemisch oder auch einer Kombination verschiedener Proteingemische sowohl als Konzentrate als auch als Isolate vorgegeben werden. Öle, Stärke, Aromen und andere Stoffe sind entweder in den Konzentraten vorhanden, oder werden in einigen Aspekten ebenfalls zugeführt. Ebenso wird dem Proteingemisch Wasser zugeführt, welches einen Gewichtsanteil zwischen 10 Gewichtsprozent und 50 Gewichtsprozent aufweist, bezogen auf die Grundmischung zur Formung eines Breis. Anschließend erfolgt ein Kneten und Mischendes Breis zur Erzeugung eines mehrphasigen Gels bei einer maximalen Temperatur zwischen 110°C und 160°C. Je nach Zusammensetzung zeigt dieses Gel auch bereits eine Viskoelastizität. Aufgrund des geringen Wasseranteils an der Grundmischung spricht man hier von einer Trocken bzw. Halbtrockenextrusion. Während des Misch- und Knetvorgangs erfolgt zudem aufgrund des höheren Drucks von mehreren bar und der erhöhten Temperatur eine Interaktion zwischen den einzelnen Bestandteilen der Masse, d.h. beispielsweise zwischen den Proteinen selbst oder auch zwischen der Stärke und den Proteinen. Das Gel beinhaltet im Anschluss an den Knetvorgang eventuell verschiedene Phasen, die z.T. in getrennten Bereichen vorliegen.Another aspect relates to a method for producing a texturate. In this method, a base mixture is provided which comprises at least a first protein mixture with a weight proportion of between 40 percent by weight and 90 percent by weight based on a base mixture. The protein mixture can, as already explained above, be made from a single protein mixture or a combination of different protein mixtures, both as concentrates and as isolates. Oils, starch, flavors and other substances are either present in the concentrates or are also added in some aspects. Water is also added to the protein mixture, which has a weight proportion of between 10 percent by weight and 50 percent by weight, based on the base mixture, to form a slurry. The slurry is then kneaded and mixed to produce a multi-phase gel at a maximum temperature of between 110°C and 160°C. Depending on the composition, this gel already shows viscoelasticity. Due to the low water content in the base mixture, this is referred to as dry or semi-dry extrusion. During the mixing and kneading process, the higher pressure of several bar and the increased temperature also cause an interaction between the individual components of the mass, i.e., for example, between the proteins themselves or between the starch and the proteins. Following the kneading process, the gel may contain various phases, some of which are present in separate areas.
Anschließend wird das so erhaltene mehrphasige Gel einer ersten thermomechanischen Behandlung zur weiteren Verstärkung der Viskoelastizität unterworfen, so dass nach diesem Schritt das viskoelastische mehrphasige Gel in Form des Extrudats vorliegt. Die erste Behandlung erfolgt insbesondere bei einer Temperatur über 100°C und einem dazu hohen Druck von mehreren bar, sodass ein Dampfübergang von in der Masse vorhandenen Wassers unter Erzeugung einer Expansion des viskoelastischen mehrphasigen Gel während der ersten thermomechanischen Behandlung ausgeschlossen ist.The multiphase gel thus obtained is then subjected to a first thermomechanical treatment to further increase the viscoelasticity, so that after this step the viscoelastic multiphase gel is in the form of an extrudate. The first treatment is carried out in particular at a temperature above 100°C and a high pressure of several bar, so that a vapor transfer of water present in the mass with the generation of an expansion of the viscoelastic multiphase gel is excluded during the first thermomechanical treatment.
Insbesondere ist die mechanische Behandlung derart ausgestaltet, dass eine Expansion des mehrphasigen Gels in beide senkrecht zur Vorwärtsrichtung liegende Richtungen eingeschränkt ist. Unter dem Begriff der „Einschränkung einer Expansion“ wird dabei verstanden, dass sich das mehrphasige Gel lediglich geringfügig in eine der beiden senkrecht zur Vorwärtsrichtung liegende Richtungen ausbreiten kann und diese Ausarbeitung eingeschränkt ist. Mit anderen Worten erfolgt die erste thermomechanische Behandlung dergestalt, dass ein Massefluss während dieser Behandlung konstant ist und die Strömungsgeschwindigkeit des mehrphasigen Gels während der Behandlung zur Verstärkung der Viskoelastizität entweder gleich bleibt oder vergrößert wird. In ersterem Fall wird der Volumenstrom nicht verändert, im zweiten Fall wird der Volumenstrom eingeschränkt, sodass sich bei einem gleichbleibenden Massestromeine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit ergibt.In particular, the mechanical treatment is designed in such a way that expansion of the multiphase gel is restricted in both directions perpendicular to the forward direction. The term "restriction of expansion" is understood to mean that the multiphase gel can only expand slightly in one of the two directions perpendicular to the forward direction and that this expansion is restricted. In other words, the first thermomechanical treatment is carried out in such a way that mass flow is constant during this treatment and the flow rate of the multiphase gel either remains the same or is increased during the treatment to increase the viscoelasticity. In the first case, the volume flow is not changed, in the second case the volume flow is restricted so that an increased flow rate results with a constant mass flow.
Anschließend wird zur Ausbildung einer Anisotropie des so behandelten viskoelastischen mehrphasigen Gels eine Verformung bewirkt, bei dem ein Druck auf dieses in eine senkrecht zur Vorwärtsrichtung liegende Richtung bei gleichzeitig im Wesentlichen uneingeschränkter Expansion in die andere senkrecht zur vorwärts Richtung liegende Richtung ausgeübt wird. Durch die Ausbildung der Anisotropie wird die Struktur des viskoleastischen mehrphasigen Gels bzw. Extrudats aufgebrochen und insbesondere die dispergierte Phase deformiert. Insofern kann auch davon gesprochen werden, dass die dispergierte Phase des Extrudats deformiert und ein Bruch in dem Extrudat erzeugt wird, wodurch eine schichtweise und fasrige Struktur gebildet oder eine vorhandene verstärkt wird. Durch eine entsprechende Steuerung verschiedener Parameter lässt sich die Stärke der Anisotropie als auch deren Richtung und Struktur über einen weiten Bereich hinweg einstellen.Subsequently, in order to form anisotropy of the viscoelastic multiphase gel treated in this way, a deformation is caused by exerting pressure on it in a direction perpendicular to the forward direction while at the same time allowing essentially unrestricted expansion in the other direction perpendicular to the forward direction. The formation of anisotropy breaks up the structure of the viscoelastic multiphase gel or extrudate and in particular deforms the dispersed phase. In this respect, it can also be said that the dispersed phase of the extrudate is deformed and a break is created in the extrudate, whereby a layered and fibrous structure is formed or an existing one is strengthened. By appropriately controlling various parameters, the strength of the anisotropy as well as its direction can be determined. adjustment of the tension and structure over a wide range.
In einigen Aspekten ist das zu behandelnde viskoelastische mehrphasige Gel oder Extrudat ein kohäsives Gel. Die Kohäsion bleibt auch nach dem Deformieren und dem Erzeugen bzw. Verstärken der Anisotropie vorhanden, d.h. das Texturat bildet eine zusammenhängende Struktur.In some aspects, the viscoelastic multiphase gel or extrudate to be treated is a cohesive gel. The cohesion remains even after deformation and the creation or enhancement of anisotropy, i.e. the texturate forms a coherent structure.
Dein Ausformen oder Verstärken einer Anisotropie erfolgt unter anderem durch ein Walzen des viskoelastischen mehrphasigen Gels beispielsweise durch zwei Reihen von gegenüberliegenden Walzen. Diese üben durch Rotation zum einen einen Vortrieb auf das mehrphasige viskoelastische Gel aus und erzeugen zum anderen gleichzeitig einen senkrecht dazu verlaufenden Druck, wobei durch die Walzen eine Expansion in die zweite senkrecht zur Vorwärtsrichtung verlaufende Richtung weiterhin möglich ist.The formation or strengthening of anisotropy is achieved, among other things, by rolling the viscoelastic multiphase gel, for example, through two rows of opposing rollers. These exert a propulsion on the multiphase viscoelastic gel through rotation and simultaneously generate a pressure running perpendicular to it, whereby the rollers still allow expansion in the second direction running perpendicular to the forward direction.
Alternativ kann diese Anisotropie auch durch ein Walzen des behandelten viskoelastischen mehrphasigen Gel durch zwei gegenüberliegende angeordnet Bandwalzen erfolgen. Dabei sind die Walzenbänder jeweils durch mindestens zwei Rollen aufgespannt und werden durch diese angetrieben. Natürlich sind auch mehrere Rollen möglich, sodass der Druck auf die viskoelastische mehrphasige Masse während des Vortriebs möglichst konstant bleibt bzw. durch die verschiedenen Rollen auch über das Walzenband abschnittsweise angepasst werden kann. In einem weiteren Aspekt wird das behandelte viskoelastische mehrphasige Gel über ein Walzenband gewalzt, welches durch zumindest zwei Rollen aufgespannt und angetrieben wird, und dem eine Reihe mehrerer Walzenrollen gegenüberliegt.Alternatively, this anisotropy can also be achieved by rolling the treated viscoelastic multiphase gel through two opposing belt rollers. The roller belts are each clamped by at least two rollers and are driven by these. Of course, several rollers are also possible, so that the pressure on the viscoelastic multiphase mass remains as constant as possible during the advance or can be adjusted in sections via the various rollers across the roller belt. In another aspect, the treated viscoelastic multiphase gel is rolled over a roller belt that is clamped and driven by at least two rollers and opposite which is a row of several rollers.
Das Ausbilden der Anisotropie erfolgt in einigen Aspekten durch ein Brechen des viskoelastischen mehrphasigen Gels bzw. des Extrudats in wenigstens zwei Phasen unterschiedlicher Viskosität und/oder Beschaffenheit. Dabei kann eine Phase einen höheren Anteil an Wasser bzw. einem Öl oder Fett aufweisen als der andere Anteil. Ein Ausbilden einer Anisotropie kann in einigen Aspekten auch durch ein abschnittsweises oder auch kontinuierliches Zusammenpressen des behandelten viskoelastischen mehrphasigen Gels bzw. Extrudats während des Vortriebs erfolgen. In einigen Aspekten kann die Anisotropie des behandelten viskoelastischen Gehens durch ein Walzen gebildet oder verstärkt werden, bei dem unterschiedliche große Walzen eingesetzt werden. Alternativ ist es auch möglich, die Anisotropie durch Walzen mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit zu bilden oder zu verstärken. In diesem Zusammenhang wird die Anisotropie ausgebildet, in dem das Extrudat zusammengepresst wird. Gleichzeitig erfolgt ein Vortrieb des Extrudats, wobei hierfür in einigen Aspekten Walzen eingesetzt werden können, die sich mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit drehen. Ebenso können die einzelnen Bandwalzen eine unterschiedliche Geschwindigkeit aufweisen.In some aspects, the anisotropy is formed by breaking the viscoelastic multiphase gel or extrudate into at least two phases of different viscosity and/or composition. One phase can have a higher proportion of water or oil or fat than the other. In some aspects, anisotropy can also be formed by compressing the treated viscoelastic multiphase gel or extrudate in sections or continuously during propulsion. In some aspects, the anisotropy of the treated viscoelastic gel or extrudate can be formed or reinforced by rolling, in which different sized rollers are used. Alternatively, it is also possible to form or reinforce the anisotropy by rolling at different rotational speeds. In this context, the anisotropy is formed by compressing the extrudate. At the same time, the extrudate is propelled forward, whereby in some aspects rollers can be used for this purpose that rotate at different rotational speeds. Likewise, the individual belt rollers can have different speeds.
In einigen Aspekten wird während des Ausbildens der Anisotropie des behandelten viskoelastischen mehrphasigen Gels auch ein Strukturieren vorgenommen, welches insbesondere Einprägen der Oberfläche des Extrudats umfasst. Das Einprägen erfolgt zumindest in Teilen irreversible, so dass die eingeprägte Struktur auch danach erhalten bleibt.In some aspects, structuring is also carried out during the formation of the anisotropy of the treated viscoelastic multiphase gel, which in particular comprises embossing the surface of the extrudate. The embossing is at least partially irreversible, so that the embossed structure is retained afterwards.
Durch den Walzvorgang ist eine Dicke des Extrudats anfangs größer und nach dem Aufbringen oder Verstärken einer vorhandenen Anisotropie geringer. Um eine Revision der erzeugten Anisotropie zu verhindern, also ein durch die Viskoelastizität bedingtes „schrumpfen“ oder „ändern“ der Form ist in einigen Aspekten eine Wärmebehandlung oder auch ein Heizen bzw. ein Kühlen während oder kurz nach dem Ausbilden der Anisotropie vorgesehen.Due to the rolling process, the thickness of the extrudate is initially greater and then less after the application or reinforcement of an existing anisotropy. In order to prevent revision of the anisotropy created, i.e. a "shrinkage" or "change" of the shape caused by the viscoelasticity, heat treatment or heating or cooling during or shortly after the formation of the anisotropy is provided in some aspects.
Das behandelte viskoelastische mehrphasige Gel wird in einigen Aspekten vor dem Walzen geschnitten, beispielsweise senkrecht zur Vortriebsrichtung. Mit anderen Worten werden in diesem Aspekt mehrere einzelne Stücke oder Streifen aus dem viskoelastischen mehrphasigen Gel oder Extrudat einem Zusammenpressen oder Walzen unterworfen. Dabei kann dieses Walzen sowohl längs der Hauptrichtung der einzelnen Extrudatstücke oder -Streifen aber auch quer zu dieser erfolgen.The treated viscoelastic multiphase gel is cut in some aspects prior to rolling, for example perpendicular to the direction of advance. In other words, in this aspect, several individual pieces or strips of the viscoelastic multiphase gel or extrudate are subjected to compression or rolling. This rolling can be carried out both along the main direction of the individual extrudate pieces or strips, but also transversely to this.
Ebenso ist es möglich, einen Feuchtigkeitsanteil vor oder auch nach dem Walzen nochmals zu reduzieren, beispielsweise durch eine längere Ruhephase mit vorgenommener Wärmebehandlung, sodass die noch darin enthaltene Feuchtigkeit verdampft bzw. verdunstet. In einigen Aspekten kann nach einem Walzen die Oberfläche des so hergestellten Texturats beispielsweise mit einem Gewürz, einem Salz oder auch Emulsionsschicht beschichtet werden.It is also possible to reduce the moisture content before or after rolling, for example by allowing the product to rest for a longer period of time and then subjecting it to heat treatment so that the moisture still contained in it evaporates. In some aspects, the surface of the textured product produced in this way can be coated with a spice, salt or emulsion layer after rolling.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
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1 zeigt eine Ausgestaltung einer Extruderanordnung mit einem Mischextruder, wie er für das vorgeschlagene Verfahren nach dem vorgeschlagenen Prinzip einsetzbar ist; -
2 stellt eine erste Ausführung einer Walzenanordnung in Querschnittansicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar; -
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Walzenanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip; -
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Walzenanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip in Querschnittansicht; -
5 stellt eine vierte Ausführung einer Walzenanordnung in Querschnittansicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar; -
6 stellt eine fünfte Ausführung einer Walzenanordnung in Querschnittansicht nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar; -
7 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Walzenanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip; -
8 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Extruderanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, -
9 stellt eine Ausgestaltung einer Ausstoßdüse mit einem transversalen sich ändernden Querschnitt dar zur Erläuterung einiger Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips; -
10A und10B zeigen zwei Simulationen einer transversalen Dehnungsdüse, wie sie in einer Extruderanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip einsetzbar ist; -
11 ist ein Beispiel eines Verfahrens zur Erzeugung eines Texturats; -
12A bis 12B zeigen eine weitere Ausgestaltung einer Extruderanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip mit entsprechenden Abbildungen eines Texturats nach jeder Walze; -
13 zeigt Schnittansichten des Texturats der12B ; -
14 bis 16 zeigen weitere Ausgestaltungen einer Walzenanordnung, wie sie bei dem Verfahren und in der Extruderanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip zum Einsatz kommen kann; -
17 zeigt weitere verschiedene Beispiele von möglichen Rollen in einer Walzenanordnung.
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1 shows an embodiment of an extruder arrangement with a mixing extruder, as it can be used for the proposed method according to the proposed principle; -
2 shows a first embodiment of a roller arrangement in cross-sectional view according to the proposed principle; -
3 shows a further embodiment of a roller arrangement according to the proposed principle; -
4 shows a further embodiment of a roller arrangement according to the proposed principle in cross-sectional view; -
5 shows a fourth embodiment of a roller arrangement in cross-sectional view according to the proposed principle; -
6 shows a fifth embodiment of a roller arrangement in cross-sectional view according to the proposed principle; -
7 shows a further embodiment of a roller arrangement according to the proposed principle; -
8 shows a further embodiment of an extruder arrangement according to the proposed principle, -
9 shows a design of an ejection nozzle with a transversely varying cross-section to illustrate some aspects of the proposed principle; -
10A and10B show two simulations of a transverse expansion nozzle as it can be used in an extruder arrangement according to the proposed principle; -
11 is an example of a process for producing a texture; -
12A to 12B show a further embodiment of an extruder arrangement according to the proposed principle with corresponding images of a texture after each roller; -
13 shows sectional views of the texture of the12B ; -
14 to 16 show further embodiments of a roller arrangement as it can be used in the method and in the extruder arrangement according to the proposed principle; -
17 shows further different examples of possible roles in a roller arrangement.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu. Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben. Es versteht sich von selbst, dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird. Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf. Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne jedoch der erfinderischen Idee zu widersprechen.The following embodiments and examples show various aspects and their combinations according to the proposed principle. The embodiments and examples are not always to scale. Likewise, various elements can be shown enlarged or reduced in size to emphasize individual aspects. It goes without saying that the individual aspects and features of the embodiments and examples shown in the figures can easily be combined with one another without affecting the inventive principle. Some aspects have a regular structure or shape. It should be noted that in practice, slight deviations from the ideal shape can occur without, however, contradicting the inventive idea.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt, und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein. Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden. Begriffe wie „oben“, „oberhalb“, „unten“, „unterhalb“, „größer“, „kleiner“ und dergleichen werden jedoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt. So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten.In addition, the individual figures, features and aspects are not necessarily shown in the correct size, nor are the proportions between the individual elements necessarily always correct. Some aspects and features are emphasized by showing them in an enlarged manner. However, terms such as "top", "above", "below", "below", "larger", "smaller" and the like are correctly shown in relation to the elements in the figures. This makes it possible to infer such relationships between the elements from the illustrations.
Die jeweiligen Abschnitte sind über Flansche oder auf andere Weise mechanisch dicht miteinander verbunden. Auf diese Weise kann der dargestellte Mischextruder durch Hinzufügen von einzelnen Abschnitten entweder verlängert oder durch Wegnehmen auch verkürzt werden. In entsprechender Weise sind auch die Schneckenabschnitte 12a, 12b und 12c ausgestaltet, sodass auch diese durch Hinzufügen oder Entfernen von einzelnen Schneckenelementen verlängert bzw. verkürzt werden können. The respective sections are mechanically tightly connected to one another via flanges or in some other way. In this way, the mixing extruder shown can either be lengthened by adding individual sections or shortened by removing them. The
Im Besonderen umfasst der Mischextruder 1 nach dem vorgeschlagenen Prinzip zwei Eingangsabschnitte 11a mit dazugehörigen Schneckenelementen 12b. Die Eingangsabschnitte 11a besitzen eine Öffnung zu Zuführung der Grundmischung bzw. von Wasser. Im Einzelnen wird in der dargestellten Ausführungsform die Grundmischung über einen Trichter 14 in einem ersten Abschnitt 11a des Mischextruders 1 eingeführt. Nachfolgend wird über einen Zulauf 15 auch das Wasser hinzugegeben, sodass die beiden ersten Extruderabschnitte 11a vor allem einem ersten Mischen zur Formung eines Breis aus dem Wasser und der zugeführten Grundmischung dienen.In particular, the mixing
An die ersten Abschnitte 11a angeschlossen sind eine Vielzahl weiterer Abschnitte 11b, 11c und 11d, die teilweise mit unterschiedlichen Schneckenelementen 12a befüllt sind. Wie in der Darstellung der
Zu diesem Zweck sind die einzelnen Abschnitte mit mehreren Heizelementen (hier nicht dargestellt) ausgerüstet, die separat und voneinander unabhängig steuerbar sind. Damit lassen sich in den einzelnen Abschnitten 11a bis 11e unterschiedliche Temperaturprofile und damit unterschiedliche Temperaturen des vorgetriebenen Teigs einstellen. Des Weiteren sind auch die einzelnen Schneckenelemente in den jeweiligen Abschnitten unterschiedlich ausgebildet. Einige Schneckenelemente dienen dazu, die Masse aus der Grundmischung und dem zugeführten Wasser zu kneten, um so einen Teig mit einer kontinuierlichen Phase herzustellen. Gleichzeitig wird durch das Kneten und den weiteren Vortrieb der zugeführten Grundmischung in diesen Bereichen der Druck bis auf zwischen 15 bar und 20 bar erhöht.For this purpose, the individual sections are equipped with several heating elements (not shown here) that can be controlled separately and independently of one another. This allows different temperature profiles and thus different temperatures of the dough to be advanced to be set in the
Bei gleichzeitiger Erhöhung der Temperatur bzw. einer hohen Temperatur beispielsweise im Bereich von 120°C bis 160°C und einem Druck von mehreren bar tritt eine Polymerisation der Proteinmischung mit dem Wasser und den weiteren Bestandteilen ein, sodass sich eine gelartige hochviskose Masse ergibt. Diese wird von den einzelnen Schneckenelementen 12a auf unterschiedliche Weise geknetet und jeweils in kleinen Stücken bis zu einem Ausgangsabschnitt 11e des Mischextruders 1 vorangetrieben.If the temperature is increased at the same time or a high temperature, for example in the range of 120°C to 160°C and a pressure of several bar, the protein mixture polymerizes with the water and the other components, resulting in a gel-like, highly viscous mass. This is kneaded in different ways by the
Der Ausgangsabschnitt 11e des Mischextruders 1 besitzt ausgangsseitig einen leicht konisch zulaufenden Verlauf mit einer Ausstoßzone 13, an die entweder direkt oder über ein Zwischenstück eine Ausstoßdüse angeschlossen ist. Diese Düse wird im Weiteren noch in Bezug auf die
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Ausstoßdüse 20 mit einem gleichbleibenden Querschnitt ausgebildet und treibt die Masse bei einer Temperatur von über 100°C und einem Druck größer als 10 bar vor. Beim Austritt expandiert die Masse und wird über ein kurzes Beförderungsmittel an eine Walzenanordnung 30 transportiert.In this embodiment, the
Die Walzenanordnung erzeugt oder verstärkt eine bereits in der Ausstoßdüse gebildete Anisotropie des Extrudats, so dass sich am Ausgang eine gewünschte Struktur einstellt. Dabei beschreibt der Begriff Anisotropie beispielsweise eine Faser- oder auch eine Schichtbildung des Extrudats.The roller arrangement creates or reinforces an anisotropy of the extrudate that has already formed in the ejection nozzle, so that a desired structure is established at the outlet. The term anisotropy describes, for example, the formation of fibers or layers in the extrudate.
Eine mögliche Ausgestaltungsform einer Walzenanordnung zur Erläuterung einiger Aspekte für die Herstellung eines Texturat mit einer längsgerichteten Anisotropie zeigt die
Jedes Walzenband 300 wird von einer Vielzahl von rotierenden Rollen 310 angetrieben, wobei die Rotationsrichtung der Rollen bei dem oberen Walzenband 300 entgegen der Uhrzeigerrichtung und bei dem unteren Walzenband 31 in Uhrzeigerrichtung ausgeführt ist. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Vorwärtsgeschwindigkeit der beiden Walzenbänder 300 für die Bandwalze 31 bzw. 32.Each
Die von dem Mischextruder und der Ausstoßdüse 20 bereitgestellte viskoelastische Masse wird nun der Walzenanordnung 30 in ihrem Eingangsbereich zugeführt. Die Masse wird von den beiden Walzenbändern 300 der Bandwalzen erfasst und aufgrund der vorhandenen Haftreibung vorgetrieben. Dabei kann die Rotationsgeschwindigkeit der beiden Walzenbänder 300 etwas größer ausgestaltet sein, als dies durch den Massefluss der Ausstoßdüse 20 gegeben ist. Durch die Haftreibung zwischen der viskoelastischen Masse des Extrudats 40 und der Walzenbänder 300 ergibt sich eine Dehnungsspannung, die bei gleichzeitiger Reduktion der Dicke bzw. des Abstandes der beiden Walzenbänder 300 zueinander eine Anisotropie in Vorwärtsrichtung erzeugt. Dadurch wird die dispergierte Phase der zusammenhängenden mehrphasigen und viskoelastischen Masse deformiert und die einzelnen Protein-Protein bzw. auch Protein-Polysaccharidketten zueinander und entlang der Vortriebsrichtung ausgerichtet. Durch den aufgebauten Druck auf die Masse werden die einzelnen Phasen unterschiedlich stark einem Stress bzw. einer Spannung ausgesetzt. Dies führt zu einer lokalisierten Ausübung einer Scher- bzw. Dehnspannung und daraufhin zu einer Schichtbildung, die auch als Gelfraktur oder Gelbruch bezeichnet wird.The viscoelastic mass provided by the mixing extruder and the
Im Gegensatz zu der Ausstoßdüse 20, bei der die Haftreibung und damit ein Aufbau einer möglichen Scherspannung gering sein soll, wird in der Walzenanordnung ganz bewusst eine Haftreibung zwischen den Walzenbändern 300 und dem vorangetriebenen Material herbeigeführt, um die einzelnen Phasen einer Scher- und/oder auch einer Dehnspannung zu unterwerfen und damit eine bereits vorhandene Anisotropie zu verstärken und/oder diese auch in Form von Gelbruch und damit Schichtbildung zu erzeugen.In contrast to the
Im Gegensatz zum vorangegangenen Beispiel ist allerdings die Bandwalze 32 planar ausgestaltet und die Bandwalze 31 demgegenüber mit einer Neigung versehen. Insofern kann die planare Bandwalze 32 auch als Transportmittel eingesetzt und entsprechend verlängert sein, so dass die Masse von der Ausstoßdüse kommend entlang der Bandwalze 32 bis zum Beginn des zweiten oberen Walzenbandes transportiert wird. Dadurch ergibt sich mit der zweiten Bandwalze 31 ein in Vorwärtsrichtung geringer werdender Spalt zwischen den beiden Bandwalzen 31 und 32. Zudem sind einige Walzenrollen 311 mit einer Temperiereinrichtung vorgesehen, sodass die vorgetriebene Masse in jeweils aufeinanderfolgenden Schritten zudem einer zusätzlichen Erwärmung bzw. einem Kühlen unterworfen werden kann. Dies ermöglicht einen weiteren Freiheitsgrad, sodass die Temperatur der vorgetriebenen Masse während des Erzeugens des Gelbruchs und der Deformierung einstellbar ist.In contrast to the previous example, however, the
Zudem sind die einzelnen Rollen 310 und 311 mit einem zusätzlichen Zahnkranz ausgestaltet, der in die entsprechenden Walzenbänder 300 eingreift. Dies ermöglicht eine innige Verbindung und verhindert ein Rutschen auf den einzelnen Walzenrollen, wenn Druck auf die Masse 40 ausgeübt wird. Durch die Verwendung mehrerer Rollen 310, 311 pro Walzenband 300, d. h. mehr als zwei, kann zudem ein kontinuierlicher Druck auf die vorgetriebene Masse auch entlang der kompletten Vortriebsstrecke ausgeübt werden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Vortriebsstrecke insgesamt etwas länger ist, bzw. das Walzenband an sich elastisch ausgeführt ist. Durch die Ausgestaltung und Anordnung der einzelnen Rollen und der Walzenbänder zueinander lässt sich so ein definierter Druck auf die viskoelastischen Masse ausüben, um den gewünschten Gelbruch und damit die gewünschte Anisotropie zu erreichen.In addition, the
Der Abstand der einzelnen Walzen untereinander ist dabei deutlich kleiner als der entsprechende Durchmesser bzw. der Radius dieser einzelnen Walzen, sodass bei der Übergabe der zusammengepressten Masse zwischen die einzelnen Walzenbänder keine große Rückstellung und damit Auflösung der erzeugten Anisotropie erfolgt. Mit anderen Worten wird auch hier erreicht, dass der vorhandene und durch das Zusammenpressen in der Walzenanordnung 30 erzeugte Gelbruch nicht wieder ausheilt.The distance between the individual rollers is significantly smaller than the corresponding diameter or radius of these individual rollers, so that when the compressed mass is transferred between the individual roller belts, there is no major recoil and thus no dissolution of the anisotropy generated. In other words, this also ensures that the existing gel fracture generated by the compression in the
In den bisherigen Ausführungsformen sind die einzelnen Walzenrollen zueinander direkt ausgerichtet, d. h. es liegen einander direkt gegenüber. Gleichzeitig sind auch die Walzenrollen gleichgroß. Beide Aspekte sind jedoch nicht notwendig, sondern können variiert werden. So ist es beispielsweise möglich (hier nicht dargestellt) die einzelnen Walzenrollen zueinander auf Lücke und damit nicht einander direkt gegenüber liegend auszurichten. Vielmehr ist jeweils eine Walze in ihrer Verlängerung in der Mitte zweier benachbarter gegenüberliegender Walzen angeordnet. Entsprechend können auch die Rollen in der Bandwalze auf diese Weise ausgerichtet werden. Ein derartiger Aufbau auf „Lücke“ kann unter anderem zu einer verbesserten Druckausübung und damit zu einer kontinuierlicheren Spannungserzeugung und Verformung der vorgetriebenen Masse führen.In the previous embodiments, the individual rollers are directly aligned with each other, i.e. they are directly opposite each other. At the same time, the rollers are also the same size. However, both aspects are not necessary and can be varied. For example, it is possible (not shown here) to align the individual rollers with a gap between them and thus not directly opposite each other. Instead, each roller is arranged in its extension in the middle of two adjacent opposite rollers. The rollers in the belt roller can also be aligned in this way. Such a "gap" structure can, among other things, lead to improved pressure application and thus to more continuous tension generation and deformation of the propelled mass.
Eine weitere Ausgestaltung zeigt die
Zudem ist es auch möglich, einzelne Walzenrollen mit unterschiedlichem Durchmesser vorzusehen, um auf diese Weise eine Reduzierung der Dicke, der vorgetriebenen Masse zu erzeugen.
Die hier vorgestellten Walzenanordnungen erlauben es, aus einem an sich isotropen Extrudat eine zusätzliche Anisotropie aufzuprägen. Ebenso kann eine eventuell schon vorhandene Anisotropie verstärkt werden. Entsprechend lassen sich damit auch Proteinmischungen texturieren, deren Extrudat bei Vortrieb durch eine entsprechende Düse kaum oder nur geringfügig strukturiert ist.The roller arrangements presented here make it possible to impart additional anisotropy to an otherwise isotropic extrudate. Anisotropy that may already be present can also be increased. Accordingly, protein mixtures can also be textured in this way, the extrudate of which is hardly or only slightly structured when pushed through a corresponding nozzle.
Nach dem vorgeschlagenen Prinzip kann die Walzenanordnung mit verschiedenen Ausstoßdüsen kombiniert werden, darunter auch eine spezielle Dehnungsdüse, bei der ebenfalls eine transversale oder auch longitudinale Dehnspannung (oder eine Kombination hieraus) auf das Extrudat und die vorgetriebene Masse ausgeübt wird.According to the proposed principle, the roller arrangement can be combined with various ejection nozzles, including a special stretching nozzle, which also applies a transverse or longitudinal stretching stress (or a combination thereof) to the extrudate and the propelled mass.
Nach dem Ausstoß durch die Düse 20 wird das Extrudat einer Schneidemaschine 41 zugeführt. Diese weist ein oder mehrere Messer 401 auf, die senkrecht zur Vortriebsrichtung angeordnet sind, und das Extrudat in Streifen im Wesentlichen gleicher Länge schneiden. Weitere Messer können die Extrudatstreifen auch nochmals in Längsrichtung zerteilen, sodass diese schmaler sind. Anschließend werden die Stücke der Walzenanordnung zugeführt.After being ejected through the
In diesen Ausführungen ist die Walzenanordnung im Wesentlichen planar, d.h. das Extrudat wird plan der Walzenanordnung zugeführt. Dies ist aber nicht notwendig, vielmehr kann das Extrudat oder auch die Extrudatstreifen in die Walzenanordnung fallen und dort von dem Walzenband oder den Walzenrollen erfasst und vorgetrieben werden. Dies mag bei Streifen oder Extrudatstücken zweckmäßig sein, d.h. wenn die Größe bereits durch Zerschneiden das Extrudats in Streifen oder Stücke festgelegt ist. Ebenso ist es zweckmäßig, wenn bereits eine Anisotropie vorgegeben ist, oder diese leicht durch die Walzenanordnung verstärkt bzw. erzeugt werden kann. Die Schneideanordnung 41 kann zudem auch als Ruheanordnung diesen und geeignet temperiert sein, um ein Aufprägen der Anisotropie zu verbessern.In these designs, the roller arrangement is essentially planar, i.e. the extrudate is fed flat to the roller arrangement. However, this is not necessary; instead, the extrudate or the extrudate strips can fall into the roller arrangement and be caught and pushed forward by the roller belt or rollers. This may be useful for strips or pieces of extrudate, i.e. if the size is already determined by cutting the extrudate into strips or pieces. It is also useful if an anisotropy is already predetermined or if this can be easily reinforced or created by the roller arrangement. The cutting
In der Düse der
Die Dehnungsdüse führt hier also zu einem abnehmenden Verhältnis von H/B über die Länge der Dehnungsdüse hinweg. Beispielsweise kann die Breite um den Faktor 3 anwachsen, während die Höhe H um den gleichen Faktor abnimmt. Allerdings sind in diesem Zusammenhang auch andere Faktoren möglich, wodurch sich die Querschnittsfläche des Ausgangsbereich 24 sich gegenüber dem Eingangsbereich 23 auch verringert. Im vorliegenden Beispiel der
Die
Die untere Teilfigur B der
Die hier gezeigten einzelnen Elemente der Walzenanordnung in den verschiedenen Ausführungen lassen sich hinsichtlich ihrer einzelnen Abschnitte, Geometrien, Aufbau und Wandbeschichtungen beliebig kombinieren, um auf diese Weise die Anisotropie und Faserbildung zu steuern und für das gewünschte Endprodukt vorzubereiten. Insbesondere kann durch eine Kombination von Ausstoßdüse und Walzenanordnung eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Stärke, Richtung und Form der Anisotropie erreicht werden.The individual elements of the roller arrangement shown here in the various designs can be combined as desired with regard to their individual sections, geometries, structure and wall coatings in order to control the anisotropy and fiber formation and prepare it for the desired end product. In particular, a combination of ejection nozzle and roller arrangement can achieve a high degree of flexibility with regard to the strength, direction and shape of the anisotropy.
Die
Durch die verstellbaren Höhenelemente 355 sowie 355a ist es möglich, unterschiedliche Quer- und Längsspannungen auf das Extrudat auszuüben, um so auch Anpassungen bei einer Änderung der Rezeptur vornehmen zu können und die gewünschte Textteuerung zu erreichen. Die hier dargestellten Plattenformen können darüber hinaus auch anders, beispielsweise mit unterschiedlichen Steigungen ausgebildet sein, und nicht wie hier dargestellt, mit einem gekrümmt verlaufenen Eingangsbereich, an den sich eine Fläche parallel zu dem Walzenband 300 einstellt.The
Neben den hier dargestellten Walzenrollen 310, 312, 313 und 314 in unterschiedlicher Größe sind auch andere Ausgestaltungen und insbesondere andere Formen von Walzen möglich.
Die
Die
In Schritt S1 wird ein Proteingemisch bereitgestellt. Dieses umfasst ein Proteinkonzentrat aus Weizen, sowie ein Proteinkonzentrat aus Erbsenprotein. Die Anteile der Proteine in den jeweiligen Konzentraten liegt bei ca. 45 Gewichts-%, mit einer Restfeuchte im Bereich von ca. 25 Gewichts-% und sonstigen Bestandteilen wie Stärke, Öle und anderen. Pflanzliche Fasern sind in dieser Ausführungsform in den Konzentraten ebenfalls vorhanden. Die beiden Konzentrate werden mit in etwa gleichen Anteilen gemischt und nehmen etwa 70 Gewichts-% an der Grundmischung ein. Ebenfalls wird der Mischung noch 10 Gewichts-% an pflanzlichem Öl, sowie Salz im Bereich von 1 Gewichts-% und Zucker im Bereich von 5 Gewichts-% zugegeben. Aromen und Gewürze liegen im Bereich von 2 Gewichts-%. Damit nehmen die festen sowie öligen Bestandteile 88 Gewichts-% ein, wobei die Restfeuchte in dieser Mischung ca. 17,5 Gewichts-% ausmacht (0,70 % * 0,25 %).In step S1, a protein mixture is provided. This comprises a protein concentrate from wheat and a protein concentrate from pea protein. The proportions of the proteins in the respective Concentrates are around 45% by weight, with a residual moisture content of around 25% by weight and other components such as starch, oils and others. Vegetable fibers are also present in the concentrates in this embodiment. The two concentrates are mixed in roughly equal proportions and make up around 70% by weight of the base mixture. 10% by weight of vegetable oil is also added to the mixture, as well as salt in the range of 1% by weight and sugar in the range of 5% by weight. Flavors and spices are in the range of 2% by weight. The solid and oily components therefore make up 88% by weight, with the residual moisture in this mixture being around 17.5% by weight (0.70% * 0.25%).
Der Mischung wird in Schritt S2 Wasser hinzugefügt, und zwar im Bereich von 12 Gewichts-% und zu einem leichten Brei vermischt. Damit ergibt sich in etwa 30 Gewichts-% an Wasser in dem sich ergebenden Brei.Water is added to the mixture in step S2 in the range of 12% by weight and mixed to a light slurry. This results in approximately 30% by weight of water in the resulting slurry.
Der Brei wird anschließend in Schritt S3 unter Druck und Erhöhung der Temperatur zu einem Teig geknetet. Dabei wird der Teig abschnittsweise geknetet und anschließend etwas vorgetrieben. In den ersten Abschnitten wird die Temperatur von Zimmertemperatur rasch auf über 100°C erhöht, und anschließend für die restlichen Knet- und Vortriebsschritte in einem Bereich von 130°C gehalten. Der Druck hierbei liegt über 5 bis 6 bar.The mash is then kneaded into a dough in step S3 under pressure and by increasing the temperature. The dough is kneaded in sections and then slightly advanced. In the first sections, the temperature is quickly increased from room temperature to over 100°C and then kept in a range of 130°C for the remaining kneading and advancement steps. The pressure here is over 5 to 6 bar.
Die Masse wird in der Ausstoßzone des Mischextruders direkt in eine Dehnungsdüse übergeführt. Die Dehnungsdüse umfasst einen kurzen Eingangsabschnitt, in dem der Querschnitt im Wesentlichen gleich bleibt, einen länglichen Dehnungsabschnitt sowie einen Ausgangsabschnitt.The mass is transferred directly into an expansion nozzle in the discharge zone of the mixing extruder. The expansion nozzle comprises a short inlet section in which the cross-section remains essentially the same, an elongated expansion section and an outlet section.
In dieser Ausführung wird in Schritt S4 die Masse bei einer Temperatur von ca. 125°C einer quer-gerichteten Dehnung unterworfen, deren Dehnungsspannung sich aus einer Veränderung der Breite der Düse bei gleichzeitiger Abnahme der Düse ergibt. In dieser Ausgestaltung ändert sich lediglich die Form des Eingangs bezüglich des Ausgangs, ihre Flächen sind aber gleich, sodass auch der Massestrom durch die Düse konstant ist. In dem Mittelabschnitt der Dehnungsdüse ist durch eine geeignete Beschichtung die Haftreibung reduziert, sodass der vorgetriebene Teig nicht hängen bleibt, bzw. keine größeren Scherkräfte auftreten, die zu einem Wandschlupf oder Bruch des Teigs führen könnten.In this embodiment, in step S4, the mass is subjected to transverse expansion at a temperature of approximately 125°C, the expansion stress of which results from a change in the width of the nozzle while the nozzle is simultaneously reduced. In this embodiment, only the shape of the inlet changes in relation to the outlet, but their areas are the same, so that the mass flow through the nozzle is also constant. In the middle section of the expansion nozzle, the static friction is reduced by a suitable coating, so that the dough does not get stuck or no major shear forces occur that could lead to wall slippage or breakage of the dough.
Die Temperatur wird während der Dehnungsverformung nicht wesentlich geändert, d.h. das am Ende der Dehnungsdüse besitzt das Extrudat in etwa eine Temperatur von 125°C. Am Austritt erfolgt eine schnelle Expansion aufgrund des Druckabfalls. Dadurch entsteht eine porige Struktur des Extrudats, ohne dass eine durch die Dehnungsspannung erzeugte eventuell vorhandene Struktur zerstört wird.The temperature does not change significantly during the expansion deformation, i.e. the extrudate has a temperature of approximately 125°C at the end of the expansion die. At the outlet, rapid expansion occurs due to the drop in pressure. This creates a porous structure in the extrudate without destroying any existing structure caused by the expansion stress.
Das Extrudat wird sodann in Schritt S5 einer Walzenanordnung zugeführt, die zwei einander gegenüberliegende Bandwalzen aufweist. Die Bänder erfassen das Extrudat und schieben es aufgrund ihrer Haftreibung nach vorne. Durch die Rotationsgeschwindigkeit der Bandwalzen und den sich verringernden Spalt zwischen diesen wird ein Druck senkrecht bei gleichzeitigem Vortrieb ausgeübt. Wegen der Haftreibung entstehen daher starke Kräfte in dem Material. Die Protein-Protein Interaktion und Protein-Polysacharin Interaktion während des Knetens und der Ausstoßdüse zu länglichen Fasern und einer schichtähnlichen Struktur. Die auftretende Dehnung führt hier zu einer Aufspaltung dieser eventuell isotropen Struktur (eine eventuell vorhandene Anisotropie lässt sich dadurch auch verstärken) und zu einer Anisotropie. Diese ist zum Teil aufgrund der obengenannten Interaktion zumindest teilweise reversible, sofern Druck und Dauer nicht zu groß werden. Die Walzenanordnung übt nun einen Druck in ausreichender Stärke und Dauer aus, sodass die in der Walzenanordnung aufgebrachte Anisotropie erhalten bleibt. Das fertige TexturatThe extrudate is then fed in step S5 to a roller arrangement which has two opposing belt rollers. The belts grip the extrudate and push it forward due to their static friction. Due to the rotation speed of the belt rollers and the decreasing gap between them, a pressure is exerted vertically while simultaneously driving forward. Due to the static friction, strong forces are created in the material. The protein-protein interaction and protein-polysaccharide interaction during kneading and the ejection nozzle to form elongated fibers and a layer-like structure. The stretching that occurs here leads to a splitting of this possibly isotropic structure (any anisotropy that may be present can also be increased as a result) and to anisotropy. This is at least partially reversible due to the above-mentioned interaction, provided that the pressure and duration are not too great. The roller arrangement now exerts pressure of sufficient strength and duration so that the anisotropy applied in the roller arrangement is retained. The finished textured material
Ein anderes Beispiel eines Verfahrens zum Erzeugen eines Texturates mit einer fasrigen Struktur, deren Länge größer als 10 cm betragen kann ist, wird im Folgenden ebenfalls wieder mit Verweis auf
In Schritt S1 wird auch hier ein Proteingemisch bereitgestellt. Dieses umfasst im Beispiel ein Proteinkonzentrat aus einem pflanzlichen Protein. Der reine Proteinanteil im Konzentrat liegt im Bereich von 55 Gewichts-%. Die restlichen 45 Gewicht-% im Konzentrat teilen sich auf eine Restfeuchte von 15 Gewichts-%, pflanzliche Öle und Fette bei ca. 10 Gewichts-% und Stärke im Bereich von 10 Gewichts-%. Die restlichen 10 Gewichts-% sind Fasern und andere pflanzliche Restbestandteile, wie Salze und Mineralien.In step S1, a protein mixture is also provided here. In the example, this includes a protein concentrate made from a vegetable protein. The pure protein content in the concentrate is in the range of 55% by weight. The remaining 45% by weight in the concentrate is divided into a residual moisture content of 15% by weight, vegetable oils and fats at around 10% by weight and starch in the range of 10% by weight. The remaining 10% by weight are fibers and other residual vegetable components, such as salts and minerals.
Für die Grundmischung wird das Proteinkonzentrat mit einem Gewichtsanteil von 75 Gewichts-% mit Wasser zu 25 Gewichts-% gemischt. Weitere Komponenten werden in diesem Beispiel nicht hinzugegeben. Daraus ergeben sich für die Grundmischung folgende Anteile: 41 Gewicht-% reines Protein, 36 Gewichts-% Wasser, 7,5 Gewichts-% Öle und Fette, 7,5 Gewichts-% Stärke und ca. 7,5 Gewichts-% Fasern.For the basic mixture, the protein concentrate is mixed with 25% water at a weight ratio of 75%. No other components are added in this example. This results in the following proportions for the basic mixture: 41% pure protein, 36% water, 7.5% oils and fats, 7.5% starch and approximately 7.5% fiber.
In Schritt S2 wird diese im Wesentlichen trockene Mischung in einen Mischextruder hinzugegeben und unter Druck und Temperaturerhöhung langsam das Wasser in verschiedenen aufeinanderfolgenden Abschnitten hinzugegeben. Mit anderen Worten wird das Wasser nicht auf einmal, sondern in mehreren Teilen während des Knetvorgangs hinzugegeben. Das Wasser wird dabei bereits während des Zugebens erwärmt, sodass es nicht oder nur zu einem geringen Temperaturgefälle kommt und der Teig während des Vortriebes auf einer hohen bzw. ansteigenden Temperatur gehalten wird. Die maximale Temperatur während des Knetvorgangs liegt im Bereich von ca. 145°C.In step S2, this essentially dry mixture is added to a mixing extruder and slowly add the water in successive stages under pressure and increasing temperature. In other words, the water is not added all at once, but in several parts during the kneading process. The water is heated as it is added, so that there is no or only a slight temperature gradient and the dough is kept at a high or increasing temperature during the kneading process. The maximum temperature during the kneading process is in the range of approx. 145°C.
In Schritt S3 wird die geknetete Matrix, als viskoelastisches Gel einer Dehnungsspannung unterworfen. Dabei wird die Teigmasse abschnittsweise ohne Dehnungsspannung vorgetrieben und abschnittsweise dehnungsverformt. Letzteres erfolgt, indem bei gleichem Massestrom die Strömungsgeschwindigkeit des Teigs vergrößert wird. Durch das abschnittsweise Dehnungsverformen und die ruhenden Abschnitte werden wird eine reversible Strukturierung gebildet, sodass sich lediglich eine leichte Anisotropie ausbildet. Die Länge des Vortriebs, bei dem abschnittsweise die Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird, ist deutlich größer als der Durchmesser des Eingangsquerschnitts. Außerdem ist in dieser Ausführung die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in den sich verjüngenden Abschnitten der Dehnungsdüse unterschiedlich. Im Besonderen wird anfangs die Strömungsgeschwindigkeit nur leicht erhöht, aber während des Vortriebs weiter erhöht. Dadurch wird ein Brechen der Faserbildung verhindert.In step S3, the kneaded matrix, as a viscoelastic gel, is subjected to a tensile stress. The dough mass is pushed forward in sections without tensile stress and stretched in sections. The latter is done by increasing the flow rate of the dough at the same mass flow. The stretched deformation in sections and the resting sections form a reversible structure so that only a slight anisotropy develops. The length of the advance, in which the flow rate is increased in sections, is significantly larger than the diameter of the inlet cross-section. In addition, in this design, the increase in the flow rate in the tapered sections of the expansion nozzle is different. In particular, the flow rate is only increased slightly at the beginning, but is increased further during the advance. This prevents the fiber formation from breaking.
In Abschnitt S4 wird das Produkt am Ausgang plötzlich entspannt. Gleichzeitig sinkt aber die Temperatur nicht schlagartig, sondern eher langsam auf unter 100°C. Dadurch verdampft ein Teil des in der Matrix gebundenen Wassers, was zu einer Porenbildung führt. Dann wird das Extrudat in mehrere längsgerichtete Streifen geschnitten und fallen anschließend in eine Walzenanordnung in Schritt S5. Die Walzenanordnung umfasst zwei gegenüberliegend angeordnete Bandwalzen, die jeweils mehrere Rollen auf Lücken umfassen. Durch die Schwerkraft werden die Extrudatstreifen in Richtung auf die Bandwalzen befördert, bis sie von einem Walzenband erfasst werden. Die beiden Walzenbänder üben einen starken senkrecht zur Schwerkraft stehenden Druck aus und befördern durch die Haftreibung die Extrudatstreifen weiter. Die Walzenbänder sind zur Seite hin offen, d.h. die Masse der Extrudatstreifen kann während des Vortriebs senkrecht zur Vortriebsrichtung und zur Druckrichtung ausweichen, so dass in diese Richtung und in die Vorwärtsrichtung eine Dehnspannung ausgeübt wird, die zu einer Anisotropie und einer Schichtbildung der Masse führt.In section S4, the product is suddenly relaxed at the exit. At the same time, however, the temperature does not drop suddenly, but rather slowly to below 100°C. This causes some of the water bound in the matrix to evaporate, which leads to the formation of pores. The extrudate is then cut into several longitudinal strips and then falls into a roller arrangement in step S5. The roller arrangement comprises two oppositely arranged belt rollers, each of which has several rollers on gaps. Gravity carries the extrudate strips towards the belt rollers until they are caught by a roller belt. The two roller belts exert a strong pressure perpendicular to gravity and transport the extrudate strips further through static friction. The roller belts are open at the sides, i.e. the mass of the extrudate strips can deviate perpendicular to the direction of advance and the direction of pressure during the advance, so that a tensile stress is exerted in this direction and in the forward direction, which leads to anisotropy and layering of the mass.
In einem weiteren alternativen und nicht in Figuren dargestellten Beispiel wird ein Proteingemisch aus einem Konzentrat aus Ackerbohne und einem Sojaproteinisolat durch Mischen mit den Anteilen von 60 Gewichts% zu 40 Gewichts-% erzeugt. Das Konzentrat aus Ackerbohne enthält neben einem Proteinanteil von 45 Gewichts-% auch Stärke und Zucker mit 25 Gewichts-%, Restfeuchte von 10 Gewichts-% und Fasern, Öle sowie andere Bestandteile von 20 Gewichts-%. Das Sojaproteinisolat hat einen Proteinanteil von 93%, 3 Gewichts-% sind Restfeuchte, 2 Gewichts-% Stärke, der Rest Öle und Fette.In another alternative example not shown in the figures, a protein mixture is produced from a field bean concentrate and a soy protein isolate by mixing them in proportions of 60% to 40% by weight. In addition to a protein content of 45% by weight, the field bean concentrate also contains 25% by weight of starch and sugar, 10% by weight of residual moisture and 20% by weight of fibers, oils and other components. The soy protein isolate has a protein content of 93%, 3% by weight of residual moisture, 2% by weight of starch and the rest of oils and fats.
Aus der oben angegebenen Mischung ergeben sich Proteinanteile im Bereich von 64,2 Gewichts-%, Zucker und Stärke im Bereich von 16 Gewichts-%, eine Restfeuchte von 7,2 Gewichts-%, und 13 Gewichts-% restliche Bestandteile.The mixture specified above results in protein contents in the range of 64.2% by weight, sugar and starch in the range of 16% by weight, a residual moisture content of 7.2% by weight, and 13% by weight of remaining components.
Diese Masse kann nun beispielsweise zur Erzeugung der Grundmischung mit Wasser vermischt werden, wobei auf 80 Gewichts-% dieser Mischung 20 Anteile an Wasser fallen. Daraus ergibt sich beispielsweise ein Gesamtanteil von 51,4 Gewichts-% an Proteinen und ca. 27 Gewichts-% an Wasser. Der Rest bilden mit ca. 22 Gewichts-% Stärke und Zucker sowie die anderen Bestandteile. Diese Grundmischung kann nach dem vorgeschlagenen Verfahren weiterverarbeitet werden.This mass can now be mixed with water to produce the base mixture, for example, whereby 20 parts of water fall into 80% by weight of this mixture. This results in a total of 51.4% by weight of proteins and around 27% by weight of water. The rest is made up of around 22% by weight of starch and sugar as well as the other components. This base mixture can be further processed using the proposed process.
Die hier angegebenen Verfahren erzeugen ein Extrudat als Zwischenprodukt, dessen Feuchtigkeitsgehalt niedriger ist als der Wassergehalt in der Grundmischung während des Knetens des Teigs. Hintergrund hierfür ist der Wasserverlust während des Expandierens am Ausgang der Dehnungsdüse nach dem Schritt des Dehnungsverformens, insbesondere wenn die Temperatur des Teigs und der Druck über dem Dampfdruck des Wassers bei dieser Temperatur gehalten wird.The processes described here produce an intermediate extrudate with a moisture content lower than the water content in the base mix during dough kneading. This is due to the loss of water during expansion at the outlet of the stretching die after the stretch forming step, especially when the temperature of the dough and the pressure are maintained above the vapor pressure of the water at that temperature.
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