DE69611034T2

DE69611034T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von extrudierten und gekochten Nahrungsmitteln

Info

Publication number: DE69611034T2
Application number: DE69611034T
Authority: DE
Inventors: Osvaldo Geromini; Ernst Heck; Werner Pfaller
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA; Nestle SA
Priority date: 1996-06-30
Filing date: 1996-06-30
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2016-07-01
Also published as: ATE197663T1; PT815747E; PL183659B1; HU222612B1; CA2209346A1; CZ207197A3; HUP9701126A2; BR9703837A; SK88797A3; TW349846B; CN1061529C; DK0815747T3; RU2178981C2; SG78273A1; HUP9701126A3; IL121173A; PL320775A1; AU730283B2; CA2209346C; ZA975697B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nahrungsmittelprodukts durch Extrusion und eine Apparatur zur Durchführung dieses Verfahrens.
EP 0262300 beschreibt ein Verfahren und eine Apparatur zur Herstellung einer Schokolade, die die Verwendung eines Extruders einschließen, der in Zonen geteilt ist, in denen nacheinander die folgenden Schritte ablaufen: Sterilisation und Desodorisierung von Rohbohnen im Dampf unter Druck, Rösten der Bohnenstücke nach Zerkleinerung zu Pulver in einer Hammermühle, die zu zwei durch ein Schneckenelement mit inverser Steigung getrennten Zonen parallel geschaltet ist, Beigabe und Beimischung von pulverförmigem Zucker zu dem gerösteten Bohnenpulver, Beigabe von Kakaobutter, Kneten und Extrusion.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Apparatur zu schaffen, die die wirksame Verwendung eines Doppelschneckenextruders vorsehen, der an die Herstellung von kochextrudierten Nahrungsmittelprodukten mit einem guten Kochgeschmack gut angepaßt ist.
Zu diesem Zweck gibt man bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Nahrungsmittelmaterial in einen ersten Teilabschnitt eines Doppelschneckenextruders ein, mischt und kocht es, setzt das Kochen der erhaltenen Masse in einem Kocher fort, der zu dem ersten Teilabschnitt und zu einem zweiten, vom ersten dynamisch getrennten Teilabschnitt des Extruders parallel geschaltet ist, führt die gekochte Masse in den zweiten Teilabschnitt zurück, extrudiert die Masse, indem man sie durch eine Formdüse hindurchtreten läßt, und schneidet das extrudierte Produkt.
Entsprechend weist die erfindungsgemäße Apparatur einen mit einer Einrichtung zur dynamischen Trennung in zwei verschiedene Teilabschnitte getrennten Zweischneckenextruder, einen zu dem ersten und dem zweiten Teilabschnitt parallel geschalteten Kocher, eine Formdüse und eine Schneidvorrichtung auf.
Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung gestatten in der Tat eine wirksame Verwendung eines Doppelschneckenextruders, der besonders gut an die Herstellung von kochextrudierten Nahrungsmittelprodukten mit einem guten Kochgeschmack angepaßt ist.
In der vorliegenden Beschreibung deckt der Ausdruck "Nahrungsmittelmaterial" alle Bestandteile, die zusammen oder einzeln, gleichzeitig oder nacheinander in den ersten Teilabschnitt des Extruders eingebracht und alle zusammen mindestens auf einem Teil dieses Teilabschnitts verarbeitet werden.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man von Nahrungsmittelmaterial ausgehen, aus dem man durch Extrusion die unterschiedlichsten Nahrungsmittelprodukte herstellen kann, wie beispielsweise Frühstückscerealien, Kindercerealien, Snacks, Paniermehl oder Produkte für Haustiere.
Man kann die Bestandteile und ihre jeweiligen Anteile wählen und dann diese Materialien im Extruder bei Druck-, Scher- und Temperaturbedingungen verarbeiten, die an die Merkmale des herzustellenden Produkts angepaßt sind, insbesondere in Abhängigkeit vom Wassergehalt und vom Expansionsgrad, den man hinter der Formdüse erhalten möchte.
Man kann auch wärmeempfindliche Zutaten wie Vitamine oder Farbstoffe aus der Zusammensetzung des Produkts herausnehmen und sie erst beispielsweise auf Höhe des zweiten Teilabschnitts in die Masse einführen.
Man kann im ersten Teilabschnitt des Extruders ein Material behandeln, das einen Wassergehalt von 18-25% aufweist, diesen Wassergehalt im Kocher beibehalten und ihn im zweiten Teilabschnitt auf 14-22% vermindern, indem man Dampf abzieht, um beispielsweise ein expandiertes Produkt zu erhalten.
Man kann ein solches geschnittenes expandiertes Produkt auf einen Wassergehalt von beispielsweise unter 5% trocken.
Man kann im ersten Teilabschnitt des Extruders ein Material behandeln, das einen Wassergehalt von 24-36% aufweist, und diesen Wassergehalt im Kocher und im zweiten Teilabschnitt beibehalten, um beispielsweise ein nicht oder nur geringfügig expandiertes Produkt zu erhalten.
Man kann ein solches nicht oder nur geringfügig expandiertes geschnittenes Produkt beispielsweise durch Laminieren und Rösten in Flocken überführen.
Die Apparatur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist also einen mit einer Einrichtung zur dynamischen Trennung in zwei verschiedene Teilabschnitte getrennten Doppelschneckenextruder, einen zu dem ersten und dem zweiten Teilabschnitt parallel geschalteten Kocher, eine Formdüse und eine Schneidvorrichtung auf.
Die Einrichtung zur dynamischen Trennung kann beispielsweise in Form einer Blockierzone mit einer inversen Steigung der Doppelschnecke ausgeführt sein.
Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung zur dynamischen Trennung kann man beispielsweise eine Austrittsöffnung aus dem ersten Teilabschnitt des Extruders vorsehen, die eine Druckzone und die Blockierzone der Doppelschnecke überlappt.
Man kann eine Austrittsöffnung aus dem zweiten Teilabschnitt beispielsweise in der Achse oder auf der Seite des ausgangsseitigen Endes des Extruders vorsehen.
Die Austrittsöffnung aus dem zweiten Teilabschnitt kann beispielsweise direkt auf die Formdüse ausmünden oder mit dieser durch eine geeignete Leitung verbunden sein.
Man kann eine Versorgungseinrichtung für den ersten Teilabschnitt in Form von einer oder mehreren Versorgungsöffnungen vorsehen, die in einer Buchse der Doppelschnecke vom eingangsseitigen Ende des Extruders aus vorgesehen sind. Man kann eine Öffnung zur Rückleitung oder zum Eintritt der gekochten Masse in den zweiten Teilabschnitt in der Buchse der Doppelschnecke beispielsweise auf Höhe einer auf die Blockierzone der Doppelschnecke folgenden Transportzone vorsehen.
Auf Höhe der Eintrittsöffnung des zweiten Teilabschnitts kann man eine Entgasungs- oder Dampfaustrittseinrichtung beispielsweise in Form einer mit einer Pumpe verbundenen Leitung zur Absaugung durch Unterdruck, einer direkt in die umgebende Luft austretenden Öffnung oder eines Gegendruckventils vorsehen.
Der Kocher kann zu dem ersten Teilabschnitt und dem zweiten Teilabschnitt über geeignete Leitungen parallel geschaltet sein, die einen Eingang des Kochers mit der Austrittsöffnung des ersten Teilabschnitts und einen Ausgang des Kochers mit der Eintrittsöffnung des zweiten Teilabschnitts verbinden.
Man kann eine Geometrie der Schnecken vorsehen, die bei jedem Teilabschnitt an die Art der Behandlung und an das zu erhaltende Produkt angepaßt ist. Man kann insbesondere aufeinanderfolgende und/oder einander abwechselnde Zonen beispielsweise für Transport, Verdichtung, Komprimierung, Kneten oder Mischen vorsehen. Zur Definierung dieser verschiedenen Zonen kann man beispielsweise die Steigung der Schnecken den für das zu behandelnde Material freigelassenen Raum, der insbesondere durch die jeweiligen Durchmesser der Kerne und Gewindegänge bestimmt wird, oder die Zwischenschaltung von Kreisbogenzweieck-Scheiben mit verschiedenen Formen entsprechend wählen. Man kann auch eine entsprechende Unterteilung der Buchse des Extruders in mehrere unabhängige Abteile vornehmen, deren Temperatur man beispielsweise einzeln durch Umlauf eines Kühl- oder Heizfluids regeln kann.
Die mechanische Energie, die für die Behandlung des Nah rungsmittelmaterials im ersten Teilabschnitt der Doppelschnecke, für die Behandlung der gekochten Masse im zweiten Teilabschnitt und für die Durchführung der Masse durch die Formdüse erforderlich ist, kann beispielsweise von einer einzigen Einrichtung zum Antrieb der Schnecken der Doppelschnecke, wie beispielsweise einem Elektromotor, geliefert werden.
Für die Durchführung der gekochten Nahrungsmittelmasse durch eine Formdüse kann man diesen Motor beispielsweise mit Hilfe einer positiven Pumpe wie einer Zahnradpumpe, die stromauf von der Formdüse angeschlossen ist, unterstützen oder entlasten.
Die erfindungsgemäße Apparatur wird im nachstehenden unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Apparatur, die für die Herstellung eines expandierten Produkts bestimmt ist,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Apparatur, die für die Herstellung eines nicht oder nur geringfügig expandierten Produkts bestimmt ist,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Geometrie der Schnecken der Apparatur gemäß Fig. 1,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Geometrie der Schnecken der Apparatur gemäß Fig. 2,
Fig. 5 eine detailliertere Ansicht der Ausführungsform der Einrichtung zur dynamischen Trennung der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Schnecken.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besitzt die Apparatur einen Doppelschneckenextruder, der durch eine Einrichtung 3 zur dynamischen Trennung in zwei verschiedene Teilabschnitte 1 und 2 getrennt ist, einen Kocher 4, der zu dem ersten Teilabschnitt 1 und zu dem zweiten Teilabschnitt 2 parallel geschaltet ist, eine Formdüse 5 und eine nicht dargestellte Schneidvorrichtung.
Der Kocher kann beispielsweise in Form eines Warterohrs mit doppeltem Mantel oder eines horizontalen zylindrischen Topfs mit doppeltem Mantel ausgeführt sein, das bzw. der eine durch einen Motor angetriebene Förderschnecke enthält.
Die Doppelschnecke wird durch einen Motor 6 angetrieben und ist in einer Buchse mit doppelter Wandung enthalten, die in sieben Abteile i-vii unterteilt ist, in deren jedem man ein Kühl- oder Heizfluid umlaufen lassen kann.
In dieser Anlage wird ein Material A in den ersten Teilabschnitt 1 des Extruders über eine Versorgungseinrichtung eingeführt, die aus einer im ersten Abteil i der Buchse vorgesehenen Versorgungsöffnung 7 besteht. Die im ersten Teilabschnitt 1 behandelte Materialmasse A tritt aus dem Extruder über eine Austrittsöffnung 8 aus, die im Abteil iv der Buchse auf Höhe der Einrichtung 3 zur dynamischen Trennung vorgesehen ist und mit einer Eintrittsöffnung 41 in den Kocher 4 verbunden ist.
Die Masse, die im Kocher gekocht wurde, verläßt diesen über eine Austrittsöffnung 42, die mit einer Öffnung 9 zur Rückleitung oder zum Eintritt der gekochten Masse in den zweiten Teilabschnitt 2 des Extruders verbunden ist, welche im fünften Abteil v der Buchse stromab von der Einrichtung 3 zur dynamischen Trennung vorgesehen ist.
Am Eintritt in den zweiten Teilabschnitt 2 wird der Wassergehalt der gekochten Materialmasse über eine Entgasungs- oder Dampfaustrittsvorrichtung vermindert, die eine Unterdrucksaugleitung 31 aufweist, die mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden ist.
Die im zweiten Teilabschnitt 2 behandelte Materialmasse verläßt den Extruder über eine Austrittsöffnung 10, die in der Achse seines ausgangsseitigen Endes vorgesehen ist und mit der Formdüse 5 verbunden ist, wobei die Materialmasse bei Austritt aus dieser expandieren kann.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist die Anlage keine Entgasungs- oder Dampfaustrittseinrichtung auf. Gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist sie außerdem Unterschiede in der Geometrie der Schnecken auf.
Bei dieser Anlage, die für die Herstellung eines nicht oder nur geringfügig expandierten Produkts bestimmt ist, ist die vom Kocher kommende gekochte Masse also bei ihrem Eintreten in den zweiten Teilabschnitt des Extruders nicht entgast und/oder partiell getrocknet.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die Geometrie der Schnecken auf einem großen Teil der beiden Teilabschnitte 1 und 2 des Extruders dieselbe, besitzt jedoch beträchtliche Unterschiede bei Annäherung an die jeweiligen Ausgänge dieser Teilabschnitte.
Im Teilabschnitt 1 besitzen die Schnecken nacheinander folgende Zonen: Transport 11 (200/100), Verdichtung 12 (100/50), Komprimierung 13 (100/33), Zwischentransport 14 (100/66), Komprimierung 15 (100/35 + 200/28), Kneten 16 (100/-33), Komprimierung 17 (100/35), Ausstoß 18 (drei Kreisbogenzweieck-Scheiben von 12,5) und Blockierung 3 (100/-25).
Im Teilabschnitt 1 besitzt die Schnecke nacheinander folgende Zonen: Verdichtung 12 (50/50), Transport 11 (200/100), Komprimierung 13 (100/33), Transport 14 (100/66) und Komprimierung 15 (100/35 + 200/28 + 100/33 + 100/35).
Die Zahlen in Klammern geben in mm die Länge der Zone und die Steigung an, und zwar für Schnecken mit einem Durchmesser von 88 mm und einem Achsabstand von 72 mm, wobei die Anlage im vorliegenden Fall einen Doppelschneckenextruder CLEXTRAL® BC-72 umfaßt.
Die dargestellte Geometrie ist nicht auf die als Beispiel genannten Abmessungen beschränkt. Sie kann auch auf andere Extrudermodelle übertragen werden, z. B. auf die Modelle BC-45 (Schnecken mit 55 mm Durchmesser, Achsabstand 45 mm) oder BC-72 (Schnecken mit 115 mm Durchmesser, Achsabstand 92 mm) derselben Serie.
Die Schneckengewinde sind vorzugsweise zweigängig, und zwar mit Ausnahme des inversen Gewindes der Blockierzone, das vorzugsweise eingängig ist.
Im Gegensatz zu dem inversen Gewinde der Knetzone 16, das an seinem Umfang Aussparungen für den Durchgang der behandelten Masse aufweist, weist das inverse Gewinde der Blokkierzone 3 keine auf, so daß es mit größerer Wirksamkeit seine Funktion als Einrichtung zur dynamischen Trennung erfüllen kann.
Die Austrittsöffnung 8 des ersten Teilabschnitts 1 des Extruders hat eine in axialer Richtung langgestreckte Form, im vorliegenden Fall die Form einer "8", die die ganze Länge der Ausstoßzone 18 abdeckt und die Kompressionszone 17 und die Blockierzone 3 überlappt.
Die Eintrittsöffnung 9 in den zweiten Teilabschnitt 2 hat ebenfalls eine in axialer Richtung langgestreckte Form, und zwar ebenfalls in Form einer "8".
Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die Geometrie der Schnecken auf dem zweiten Teilabschnitt 2 des Extruders ähnlich der in Fig. 3 dargestellten Geometrie. Dagegen unterscheidet sich die Geometrie der Schnecken auf dem ersten Teilabschnitt 1 hinsichtlich der Komprimierungszone 15 (100/35 + 50/35 + 100/28 anstelle von 100/35 + 200/28). Sie unterscheidet sich auch hinsichtlich der Zone 16, die hier anstelle einer Knetzone eine Mischzone ist, die von zehn Kreisbogenzweieck- Scheiben mit einer Dicke von 15 mm gebildet wird.
Fig. 5 zeigt ausführlicher, wie die Öffnung des Austritts 8 des ersten Abschnitts 1 des Extruders sich über die ganze Länge der Ausstoßzone 18 erstreckt und die Komprimierungszone 17 und die Blockierzone 3 überlappt. Man hat insbesondere festgestellt, daß es wesentlich ist, daß diese Öffnung in die Blockierzone eingreift, und zwar über einen Teil der Länge der Öffnung, der beispielsweise etwa dem 0,1 bis 0,3-fachen des Durchmessers der Schnecke entspricht, damit das von der oder den ersten Gängen der inversen Schnecke ergriffene Material wirksam gefördert und ausgestoßen werden kann.
Ferner ist es zum Erreichen einer guten dynamischen Trennung wichtig, daß die Blockierzone lang genug ist, und zwar daß sie eine Länge besitzt, die bei einer inversen Schneckensteigung von etwa 1/5 bis 1/3 des Schneckendurchmessers mindestens gleich diesem Durchmesser ist.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der mit diesem herstellbaren Produkte. Die Prozentsätze und Teile beziehen sich darin auf das Gewicht.
In diesen Beispielen kann das Öl ggf. in Abhängigkeit von der physikalischen Aufgabe gewählt werden, die es in der behandelten und extrudierten Masse erfüllt, sowie in Abhängigkeit von seinem Geschmack, der neutral sein kann oder nicht. Es kann beispielsweise aus Palmkernöl, Erdnußöl oder Maisöl ausgewählt werden.
Ferner werden in diesen Beispielen die Mehlmischung, das Öl und das Wasser ggf. einzeln in die Versorgungsöffnung des Extruders eingebracht.

Beispiel 1

Man verwendet eine Anlage, wie sie in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist. Die Extrusionsdüse ist in Form einer Platte mit vier zylindrischen Extrusionskanälen mit einem Durchmesser von 3,0 mm ausgeführt.
Mit dieser Anlage werden Frühstückscerealien mit den Bestandteilen und bei den Bedingungen hergestellt, wie sie in den nachstehenden Tabellen 1a) und 1b) aufgeführt sind.
Tabelle 1a) enthält die Bestandteile einer Mehlmischung, ihre Anteile in einer typischen Mischung und die Bereiche ihrer möglichen Anteile.
Tabelle 1b) enthält die Mengen der in den Extruder eingeführten Bestandteile, den Wassergehalt des Materials oder der behandelten Masse und die Arbeitsbedingungen in jedem Teilabschnitt. Tabelle 1a): Mehlmischung Tabelle 1b): Arbeitsbedingungen
Man erhält auf diese Weise Frühstückscerealien mit gutem Kochgeschmack in Form von expandierten Kügelchen mit einem Durchmesser von 8-12 mm.

Beispiel 2

Man verwendet eine Anlage, wie sie in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist. Die Extrusionsdüse ist in Form einer Platte mit zwölf zylindrischen Extrusionskanälen mit einem Durchmesser von 4,0 mm ausgeführt.
Mit dieser Anlage stellt man Frühstückscerealien mit den Bestandteilen und bei den Bedingungen her, wie sie in den nachstehenden Tabellen 2a) und 2b) aufgeführt sind.
Tabelle 2a) enthält die Bestandteile einer Mehlmischung, ihre Anteile in einer typischen Mischung und die Bereiche ihrer möglichen Anteile.
Tabelle 2b) enthält die Mengen der in den Extruder eingeführten Bestandteile, den Wassergehalt des Materials oder der behandelten Masse und die Arbeitsbedingungen in jedem Teilabschnitt. Im ersten Teilabschnitt ist auf Höhe der Zwischentransportzone 14 eine Dampfeinspritzung vorgesehen. Am Eintritt des zweiten Teilabschnitts ist keine Unterdruckabsaugung vorgesehen. Tabelle 2a) Mehlmischung Tabelle 2b): Arbeitsbedingungen
Man erhält auf diese nicht oder nur geringfügig expandierte Cerealienkügelchen mit einem Durchmesser von etwa 5 mm, die man durch Laminieren und Rösten in Flocken mit einem guten Kochgeschmack überführen kann.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Nahrungsmittelprodukts durch Extrusion, bei dem man ein Nahrungsmittelmaterial in einen ersten Teilabschnitt eines Doppelschneckenextruders eingibt, mischt und kocht, das Kochen der erhaltenen Masse in einem Kocher fortsetzt, der zu dem ersten Teilabschnitt und einem zweiten, von dem ersten dynamisch getrennten Teilabschnitt des Extruders parallel geschaltet ist, die gekochte Masse in den zweiten Teilabschnitt zurückführt, die Masse extrudiert, indem man sie durch eine Formdüse hindurchtreten läßt, und das extrudierte Produkt schneidet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man im ersten Teilabschnitt des Extruders ein Material behandelt, das einen Wassergehalt von 18-25 Gew.-% aufweist, man diesen Wassergehalt im Kocher beibehält und man ihn im zweiten Teilabschnitt auf 14-22 Gew.-% vermindert, indem man Dampf abzieht, um ein expandiertes Produkt zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem man das expandierte geschnittene Produkt auf einen Wassergehalt von unter 5 Gew.-% trocknet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem man im ersten Teilabschnitt des Extruders ein Material behandelt, das einen Wassergehalt von 24-36 Gew.-% aufweist, und man diesen Wassergehalt im Kocher und im zweiten Teilabschnitt beibehält, um ein nicht oder nur geringfügig expandiertes Produkt zu erhalten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem man das nicht oder nur geringfügig expandierte geschnittene Produkt durch Laminieren und Rösten in Flocken überführt.

6. Apparatur zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die einen mit einer Einrichtung zur dynamischen Trennung in zwei verschiedene Teilabschnitte getrennten Extruder, einen zu dem ersten und dem zweiten Teilabschnitt parallel geschalteten Kocher, eine Formdüse und eine Schneidvorrichtung aufweist.

7. Apparatur nach Anspruch 6, bei der die Einrichtung zur dynamischen Trennung eine Blockierzone mit einer inversen Steigung der Doppelschnecke aufweist.

8. Apparatur nach Anspruch 7, bei der eine Ausgangsöffnung aus dem ersten Teilabschnitt des Extruders vorgesehen ist, die eine Druckzone und die Blockierzone der Doppelschnecke überlappt.