[发明专利]生产热处理生物聚合物的热炼-挤出机和生物聚合物热炼-挤出方法

说明书

本发明涉及一种带有喂料斗以及单螺杆和挤出口的热炼-挤出机(cooker-extruder)，并结合一个实施例涉及一种双螺杆挤出机，均用于生产热处理生物聚合物。

另外，本发明还涉及一种用于生产热处理粒状食品、点心小吃、谷物食品或类似产品的生物聚合物热炼-挤出方法。此类热炼-挤出机是已知的(例如参见EP 0 221 918 B1)。

在诸有关热炼-挤出机的一般说明中，有美国佛罗里达州Boca Raton市CRC出版公司1981年出版的Judson M.Harper的《食品的挤出》与美国明尼苏达州圣保罗市美国谷物化学师协会1989年出版的Mercier、Linko和Harper的《挤出-热炼技术》。

对于生物聚合物热炼-挤出机的要求可以概括如下：高生产能力与高产品质量相结合，而这又取决于下列因素，即恒定的工艺条件、良好的均化作用(混合、限定温度的建立、面团的良好成形性，以及低投资、低维修费用和灵活的工艺设计，最后，在快速反应时间下的良好可控性及简便的操作，尤其指运转起动、拆卸和清洁过程。

同双螺杆挤出机相比较，单螺杆挤出机具有明显的优点，正如下文还将讲到的，原因是前者结构复杂，需要多得多的易磨损部件，因而导致维修费用较高。

但另一方面，人们把灵活性差归咎于单螺杆机，尤其有甚者，有人批评其往往缺乏温度条件重复性以及混合效果/均化作用差。

在上述类型的热炼挤出机中，本发明主要针对下述方面以令人吃惊的方式来解决改进此种热炼挤出机性能的问题：均化作用、成品质地(应更为均一)充分和可控的膨胀以及采用物料流量-螺杆转速之间关系的温度可控性。还有，常常出现的原料配料中脂肪和/或糖对产品结构的负面影响应予减轻。

按照本发明，上述目标是通过一种具有喂料斗，至少一个螺杆和挤出口的热处理生物聚合物的生产用热炼挤出机来完成的，包括：在螺杆和挤出口之间安排至少一个刮铲-泵，每个由多孔板和至少一个与之配合的刮铲元件(二者一起被定义为“刮铲-泵”)

在具有单刮铲-泵的情况下，螺杆螺纹端部(较有利地在单螺杆挤出机中)被加工成楔形，并令螺杆与多孔板保持一小间隙旋转。这种挤出机螺杆的呈楔形端部的构造满足本发明上述目的，特别在与多孔板配合在一起之后。

较好的是，在螺杆和挤出口之间设置至少两组这样的刮铲-泵。

出人意料的是，不仅达到了上述目的，甚至还达到了下面要谈到的效果，有人在例如长径比为2∶1(L∶D)，其螺杆头部已做成刮过多孔板滑动的刮铲形状的传统短型单螺杆挤出机上增设一至多个上面定义类型的刮铲-泵，每个由一至多个刮铲元件和一个多孔板组成：

均化作用得到改善，而且成品质地变得更为均一，面团料从挤出口挤出时更均匀。尽管停留时间很短(不到8秒)，仍可以加工更多的脂肪和/或糖，且同时获得充分膨胀(通常，脂肪和/或糖的存在大大降低膨胀)。借助于工艺变量，物流量：螺杆速度，温度可控性显著提高。即在恒定的物料流量下较高的螺杆转速挤出的料温明显高于不带附加刮铲-泵的类似机器，反之相应的物料流量提高。从而得以相对地降低输入的比机械能。螺杆转速与料温的关系被很显著地线性化了。

在同样产品质量情况下，带至少一个附加刮铲-泵的生产能力最高比不带附加刮铲-泵的机器的生产能力高出100％。

由于物料在通过多孔模处塑化材料与挤出机螺杆对中，径向力受到支承，而又由于对中的改善，螺杆与挤出机机筒间避免了接触。相应部件的磨损因而减轻了。

此种刮铲-泵的结构元件的设计很简单，可以经济地制造，且只受到轻度的磨损。通过一段接一段地设置许多级刮铲-泵，可以非常灵活地调整工艺条件，从而适应产品的要求。这些零件的组装、折卸和清洁既简单又快捷。元件“刮铲头”(宽度及刮铲表面与多孔板间夹角)和“多孔板”(孔的直径和数量以及板厚)依据已知的流体动力学法则的配置衍变出不胜枚举的适应规定工艺条件(原料温度、湿度、粘度、停留时间、通过挤出口要求的压力等等)的具体构型，而这一切都是以一种经济的方式实现的。

特别是，掠过多孔板而滑移的旋转式刮铲-泵的刮臂，可以从旋转轴线伸出或者垂直伸出，具有圆形断面，还可以做成如下面所述的圆柱形或锥状辊。

多孔板的构想保证了具备与介质接触的很大的金属总表面积。与传统挤出机构造方法的传热可能性(主要单靠挤出机机筒)相比较，这种较大的表面对于任何可能希望的传热(冷却或是加热)，例如通过传送蒸汽/冷却水或加热传送油流经多孔板内部的流道，是主要的优点。