专利名称：面团挤压机的制作方法
技术领域：
本实施例涉及面团挤压机(dough extruders)和方法，且更具体而言涉及可提供适合于饼干产品的连续面绳(continuous dough rope)的面团挤压机和方法，其使用直线延伸的低摩擦压缩头和基本上垂直于面团层流定向的模板。
背景技术：
基于面团的产品(诸如饼干)通常通过以下步骤来生产混合成分以形成面团，压片且切割面团薄片为小片，然后烘焙小片。产品可以用面团薄片制成许多不同形状和大小。 一些基于面团的产品(诸如脆饼(pretzel))可通过挤压连续绳而产生。这些产品通常被膨化，且高度膨胀，且并不提供发酵饼干质地和层状孔结构(大体上参看Karwowski等人的美国公开第2010/0055284号，其通过引用结合到本文中)。在室温生产饼干面团挤压的尝试(参看Hnat等人的美国专利第5，695，804号) 是本领域中已知的。但是面团在面粉中的面筋质和量方面的差异可成为问题。这些差异可有时通过添加各种非蛋白质氧化剂和/或还原剂来控制，诸如亚硫酸盐、半胱氨酸和还原型谷胱甘肽。这些试剂可使得面团更软、更粘和弹性更小。面团挤压差异也可影响产品特征。举例而言，Aulik等人的美国专利第4，959，MO 号描述了通过以基本上恒定速率均勻地推动质量体穿过不同压力(但全都小于大约85p. s.i.g.)的多个平滑内孔通路之后通过‘放松’室而放松‘塑性质量体(plastic mass )’(此处为基于土豆的质量体)的过程。由于面团中空气孔(air cells)的变化，高挤压压力也可影响产品特征。一般而言，压力越大，在随后烘焙或煎炸时的膨胀程度就越小且饼干或零食的质地就越硬。也可考虑其它挤压因素。对面团中的面筋或蛋白质的过度加工可导致‘玻璃状’产品质地，而不是脆饼干状质地。另外，高挤压温度也可导致淀粉显著的凝胶化，其也可导致玻璃状产品。Karwowski等人描述了最优选地20至60psi的挤压压力和最优选地小于大约 100° F的温度范围，以减小制熟的奶酪饼干产品的这种玻璃状质地。挤压面团生产中一种其它重要成分是挤压机模具的形状和深度。举例而言，已知一种进给锥，其具有凸锥形和管状主体用于成型段(面团在这里从挤压机出来)以减小面团压力和摩擦，但其可对特定类型的面团结构造成损害。
发明内容
因此，本文提供了实施例，其涉及面团挤压机和方法，且更具体而言涉及可提供适合于饼干产品的连续面绳的面团挤压机和方法，其使用直线延伸的低摩擦压缩头(straight extended low frictioncompression head)禾口基本上垂直于面团层流 (laminar flow)的模板。该设备和方法可自可挤压的面团产生烘焙的饼干或零食，其具有非玻璃状脆或酥脆饼干质地且基本上均勻不膨化、发酵的饼干孔结构，而无需高面筋含量的面粉，诸如硬粒小麦或粗粒面粉。在一种形式中，提供一种挤压机，其包括压缩发生器，其被配置成在大约小于 120psi的范围以层流挤压塑性质量体；压缩室，其具有上游开口以从压缩发生器接纳塑性质量体，压缩室内部的至少一部分具有在大约0. 2与0. 35之间的摩擦系数；以及，模板，其附连到压缩室的下游开口，模板与压缩力的纵向轴线和塑性质量体的层流水平地对准。模板可具有在前面上的多个成型段(lands)且以一定距离定向于压缩发生器下游以最小化塑性质量体的湍流(turbulence)和脉动(pulsing)，同时维持层流且最小化压降，其中从成型段出来的塑性质量体维持在前面上挤压的大约5%至15%的密度均勻性。 模板的方位可通过提供安置于压缩力与压缩室之间的第一延伸部(extension)和安置于压缩室与模板之间的第二延伸部来确定，其中每个延伸件(extension piece)为压缩室长度的大约40%至60%。在一种形式中，挤压机可提供压缩发生器来提供在压缩室中大约70至95psi 范围的压力，且可使用一对螺旋钻来提供压缩力，螺旋钻朝向彼此向内且不同相地 (out-of-phase)旋转。在一形式中，挤压机可具有框架，面团料斗、预进给箱和螺旋钻箱(auger box)。 压缩室可包括上游延伸部和下游延伸部，每个延伸部具有包括热塑性聚甲醛的内周边。额外特征可包括水套以维持塑性质量体的温度在大约90° F至130° F的范围，优选地大约 99° F。在一形式中，挤压机的模板可包括多个模孔，模孔具有(以流动次序)第一直锥形、第二向内凹锥形和成型部段，成型段至少与其开口直径一样长。成型段可为模板厚度的大约50%。在一形式中，可提供一种使用本挤压机的方法，其包括以下步骤混合面团成分到大约17%至35%重量的水分含量；允许大约30分钟至180分钟的搁置时间(lay time)来静置面团；将面团递送到挤压机；向面团挤压机施加在大约70psi至95psi范围的压缩力； 维持挤压机中的面团在大约90° F至130° F的温度；以及，以层流挤压连续面绳。搁置时间可在大约45至60分钟的范围且维持面团温度的步骤可处在大约99° F。在一形式中，通过本挤压机挤压的塑性质量体可具有在大约17 %至35 %重量的水分含量，且优选地大约27%至33%重量的水分含量。此外，塑性质量体还可具有在大约 0. 005%至大约0. 015%重量范围的焦亚硫酸钠，或者焦亚硫酸钠与面粉比例在每100磅 0. 1盎斯至每100磅1盎斯的范围。优选地，塑性质量体还可具有大约0. 4盎斯每100磅的焦亚硫酸钠与面粉比例。在另一形式中，自本挤压机挤压的烘焙饼干可通过以下步骤而形成输送挤压的面绳到输送机；切割面绳为所需饼干长度的面片；以及，烘焙该面片6分钟至10分钟至大约195° F至215° F的范围的温度。在又一形式中，一种挤压面团的方法可包括提供具有大约17%至大约35%重量的含水量的面团；在挤压机中压缩该面团至大约70psi至大约95psi的压力；传递该面团通过挤压机的压缩室，该压缩室的至少一部分具有大约0. 2至大约0. 35的摩擦系数；以及， 以层流挤压该面团穿过模具以产生具有基本上均勻的密度的面绳，该模具具有一定厚度且包括多个开口，每个开口具有成型区长度(land arealength)，该成型区长度在模具厚度的大约40 %至大约60 %的范围。通过下文的描述和权利要求，其它特征将对于本领域技术人员更加明显。
参考下文的描述和附图，前文的特征以及其它特征将会变得明显，其中相似的附图标记代表元件，且在附图中图1示出示范性挤压机的透视图；图2示出沿着截面线A-A所截取的图1的挤压机的示范性螺旋钻箱的顶视截面图；图3示出直头压缩部段的示范性上游延伸件的上游面的视图；图4示出垂直于图3的视图的直头压缩部段的示范性上游延伸件的侧视图；图5示出直头压缩部段的顶视图；图6示出图5的直头压缩部段的侧视图；图7示出用于直头压缩部段的下游板的下游面的侧视图；图8示出用于直头压缩部段的上游板的上游面的侧视图；图9示出直头压缩部段的示范性下游延伸件的面视图；图10示出垂直于图9的视图的直头压缩部段的示范性上游延伸件的侧视图；图11示出本实施例的示范性模板的上游面的视图(进给)；图12示出示范性模板的下游面的视图(排放)；图13示出沿着图11的截面线B-B所截取的示范性模板的截面图；图14示出垂直于图11的侧视图的示范性模板的侧视图；图15示出直的多头压缩部段的替代实施例的透视图；以及图16示出图1的示范性挤压机的透视图，示出挤压的产品和产品切割。
具体实施例方式下文所述的实施例提供面团挤压机和方法，且具体而言涉及可提供适合于饼干产品的连续面绳的面团挤压机和方法，其使用直线延伸的低摩擦压缩头和基本上垂直于面团层流定向的模板。一般而言，本挤压机实施例可向其压缩室的输入/输出添加带低摩擦内表面的延伸部。延伸部的作用增加了压缩室长度，从而增加面团在室中的驻留时间。这改进了层流， 其减小了面团湍流且允许在面团通过模板被挤压之前均衡面团压力。另外，通过包括具有低摩擦表面的该室的至少一部分，可降低阻力和因此的在挤压机上的压力梯度。一般而言， 在压缩室中的面团压力应小于大约120psi，且优选地在大约70psi至95psi的范围，且最优选地在90psi至95psi的范围。本实施例被示出使用螺旋钻来生成压缩力，但面团可使用往复式泵来交替地泵送。在一些实施例中，预进给辊(可选地带波纹)可将面团从料斗递送到螺旋钻。
而且，本实施例允许在挤压期间比本领域通常已知的更低的面团温度。这种改进减小或防止损坏面团淀粉和面筋链，从而减小最终制熟的基于面团的产品的玻璃状质地的可能性。此外，本实施例提供一种新颖模板，其被设计成具有更窄的深度宽度(即，在模板中更短的挤压开口长度)和两行交错的开口排列。模板挤压开口可被高度抛光，具有向内凹的锥形，以便于面团的层流且减小模具面上的压降。因此，模板优选地与螺杆的纵向轴线和层流水平地对准，不同于大体上与层流成斜对准的已知模板。模板确保在面团被挤压成连续绳时该面团均勻的内孔结构。本实施例可适合于任意多种塑性质量体。但优选地，本挤压机实施例可用于基于面团的食品，面团被迫从模具出来以形成连续形绳。如上文所述，挤压机可提供饼干面团的 ‘层流’。在流体动力学中，层流可被定义为特征为高动量扩散和低动量对流的流态。在基于面团的食品中，良好的层流和减小的压力可提供酥脆、不太致密且非玻璃状的最终制熟的产品。换言之，最终产品可提供饼干产品通常具有的感官性质。适合于本实施例的典型饼干面团可具有大约17%至35%的范围的水分，且优选地大约27%至33%的范围的水分，以及最优选地大约30%的水分。对于这种类型的面团， 可能难以实现良好的层流。然而，本实施例的挤压机的制熟的面团并不在消费者的口中‘碎裂’(诸如对于挤压脆饼基于面团食品典型的情形)。脆饼面团可通常有大约30%至45% 的水分。另外，本实施例的挤压面团具有可见的均勻内孔结构。面团流经挤压机系统而不对面团的面筋网络/结构显著地过度加工，其可得到在成品中具有细微均勻大小泡孔的产品。举例而言，当面团被挤压时，面筋股在挤压方向对准。如果挤压压力太高(诸如大于 120psi)，可发生孔结构瓦解或破坏，导致面团增加的密度。这转变成最终烘焙的产品中不合需要的硬玻璃状砂状质地。这不合乎饼干型产品应用的需要，其中优选脆、非玻状基本上均一的质地。因此，所提出的高生产量、低压挤压与所造成的从压缩室至模板的低压降的组合提供每片大约0. 7克的最小面团重量差异，其具有2. 5英寸长度的每片2. 1克或者3. 0英寸长度面团棒的每片2. 52克的目标面团重量。现转至附图，在图1中大体上以10示出适合于诸如面团的塑性质量体的双螺旋钻 (螺杆)挤压机。挤压机10的主要构件包括框架32，面团料斗12、预进给箱14，螺旋钻箱 18 (螺旋室)，压缩室24，以及模板30，其中压缩室M具有上游(第一)延伸部20和下游 (第二)延伸部22。如图所示，延伸部大约使从螺旋钻箱18到模板30距离长度加倍，每个延伸部大体上向压缩室24的每一侧添加大约40%至60% (且优选地大约50% )。举例而言，上游延伸件20可具有大约4英寸的长度，压缩室M具有大约8. 5英寸的长度，且下游延伸件22具有大约4英寸的长度。在任何情况下，提供延伸部以延长自所生成的压缩力至模板成型段前面的下游距离(如下文所述)，以最小化塑性质量体的湍流和脉动同时维持层流且最小化压降。举例而言，优选地塑性质量体在模板面上在成型段中维持大约5%至 15%的密度均勻性。如图16所示，挤压的未制熟的面团88可被递送到输送带86，以与挤压基本上相同速度行进，其中，其可由切割机92切割以提供切割的产品90，切割的产品90准备递送到烤箱(未图示)以进行烘焙。切割机92可为机械的，诸如TEFLON涂层弹簧钢刀片，或者超声的。在图15中所示的可选的挤压机实施例示出大体上以84所示的具有多个压缩模块的挤压机。具体而言，如图1所示，挤压机10可将未制熟的面团接纳到料斗12内。在多压缩头的实施例上，诸如图15所示的实施例，可存在多个面团料斗12(未图示)。示范性料斗 12的尺寸可为在顶部12. 5平方英寸，向下呈锥形至底部9. 5平方英寸的尺寸。料斗12可具有20英寸的高度。面团可自料斗12递送到可选的预进给箱14。如图1所示，预进给箱14可具有预进给辊。以16示出预进给箱14辊的轴颈。预进给辊可选地为螺旋钻，由聚合物制成，且甚至带有波纹以在面团移动经过挤压机10时进一步加工该面团。预进给可由进给辊驱动35 驱动且在一种形式中可以最大高达大约6RPM操作。之后，进给辊可递送面团至螺旋钻箱18以形成压缩力来移动面团到压缩室M内。 如图2所示，螺旋钻箱18可具有带螺旋翅片48的至少一个螺旋钻46 (示出两个)。在存在两个螺旋钻18的实施例中，它们优选地朝向彼此且不同相地旋转以最小化面团脉动。在一种形式中，螺旋钻46可具有大约4. 0至4. 5英寸的外径。螺旋钻箱18可具有可选的水套 (腔)以提供对面团的温度调节。水可在端口 94进出螺旋钻箱水套。螺旋钻46可由螺旋推进器34驱动且可以最大高达35RPM操作。之后，面团可由螺旋钻箱18递送到压缩室24。压缩室M可包括上游延伸件20和 /或下游延伸件22。延伸件20和22是低摩擦延伸件且大小可适于向待挤压面团提供所需层流。在一实施例中，每个延伸部20和22可具有大约3英寸至4英寸的长度，这与大约 8. 5英寸的压缩室长度相比。延伸件20和22的内壁以及带套压缩头室应被制成尽可能地平滑，具有非限制性过渡。使用延伸件20和22的总结果允许在原料面团上更低的阻力系数。而这降低了摩擦损失，其显著地降低了在螺杆46与模板30之间的压降，而这改进了成品质地和重量差异。延伸件20和22可通过提供向压缩室M内部压力的额外驻留时间以在挤压之前均衡而减小面团湍流。延伸件20和22可允许面团层流，与这类应用中通常的压力相比，其显著地减小面团室压力(70至95p.s.i.且优选地90至95ρ· s. i.)。在优选实施例中，延伸件20和22的内表面通过使用各种低摩擦材料(诸如合成聚合物)而具有低摩擦系数。具体而言，实施例可使用热塑性聚甲醛(通常被称作POM且也被称作聚缩醛或聚蚁醛)以提供低摩擦系数。POM提供高刚度、低摩擦和尺寸稳定性。示范性POM可为由DuPont以商标名称DELRIN销售的POM。延伸件20和22可完全由DELRIN制成，或者有DELRIN内衬。在任何情况下，延伸件20和22的低摩擦性应提供优选地在0. 2与0. 35之间的摩擦系数，这与例如挤压机的其余部分0. 7至0. 8的摩擦系数相比。此可通过由不锈钢制成的内表面来实现。图3和图4示出示范性延伸部20和22，其分别可具有无锥形的长形周边50和68。热塑性聚甲醛减小了压缩降且改进了层流并减小湍流。其允许容易的产品运行设置，这归因于其机械加工性能的简易性。另外，也可由水、淀粉和焦亚硫酸钠(淀粉膨胀剂)来调整面团组成以增加面团润滑性来确保摩擦系数保持优选范围。举例而言，焦亚硫酸钠可在面团重量大约0. 005%至大约0.015%的范围。或者，焦亚硫酸钠可在每IOOlb面粉大约0. 1盎斯至每IOOlb面粉大约1盎斯的范围的比例。在一优选实施例中，焦亚硫酸钠可为每IOOlb面粉大约0. 4盎斯。低摩擦系数减小了压降且导致制熟的面团更少玻璃状质地。在延伸部20与22之间的示范性压力室M的额外方面在图5至图8中更清楚地示出。此处，压力室M(其也可被称作带套直头压缩部段)具有上游后板M(在图8中的侧视图中更清楚地示出)。用于后板讨的周边开口 58匹配延伸部20的周边且可使用安装孔66安装到延伸部20上。压缩室M的主体可减小开口周边以通过减小部38和40来接纳面团以匹配前板56中后周边开口(参看图7的60)。前板56还减小面团流动周边(参看图7的62)。压缩部段M可具也有可选的水套腔以提供对面团的温度调节和维持。水可在端口 36在水套进出压缩部段M。为了维持压缩室内所需的面团温度和压力，可提供温度计， 优选地作为温度计四定位于第一延伸部20上且替代地作为温度计观(均示出)定位于压缩室M上，以及压力计沈。测量计可向控制器(未图示)提供信息来调节套内的水的流量和温度且向驱动34和35提供信息来调节压力。应当指出的是压力计可为膜片传感器以便不影响层流。如图11至图14所示，模板30可从延伸部22接纳压缩的面团用于挤压。减小模板30的厚度与减小压降相关。厚度(在图13中以31示出)可例如减小至小于1. 0英寸， 诸如0. 63英寸或更小。在一种形式中，模板成型段80 ( S卩，穿过挤压模具的直/平行部段) 可具有不小于0. 22英寸的厚度，优选地在0. 25英寸至0. 31英寸的范围，最优选地为0. 26 英寸和0. 28英寸(在图13中以33示出)。如图所示，两行挤压孔72被示出呈交错图案， 但在所给出的实施例内许多孔图案是可能的。可选地，孔直径(在13中以35示出)也可在阵列上变化以允许在模板面上的任何压力变动。在一种方案中，孔直径35可在大约0. 24 英寸至大约0. 281英寸的范围。如图13所示，本发明的模孔72的相应几何形状可具有三种不同外观以提供给所需层流。为了使面粉如图13中的箭头所示流动，初始圆锥形直锥形76至78引导至向内凹的锥形82，之后为成型段80。如具体地图示的那样，模板30可被配置为带有沈个开口的两行交错图案以最大化加载到烤箱内的产品以及减小模板厚度至0. 625英寸的总深度，且成型段80占总模板30厚度的大约50%。模具入口也可被高度抛光以改进模具面上的压降。通常模具开口 72的设计应符合被挤压的产品的开口面积(openarea)和在模板30 开口中机械加工的长度和形状。产品的表面质地是孔洞开口 72的函数。所提供的实施例具有在面团内形成层流所需的“成型”区深度。如果面团并不实现层流，那么面团倾向于在孔洞开口 72处剥卷，结果导致粗糙产品表面。成型段深度通常与孔洞开口 72的宽度或直
径一样长。模板30挤压开口 72可为交错图案以最大化开口 72数量。另外，模板挤压开口 72 的数量越高，通过挤压机10的压降就越低。该限制是基于到挤压的面绳的间距。对于挤压的面团产品，在挤压的面绳之间的距离必须足够以允许适当间距用于均勻烘焙。交错(参看图11中的尺寸96和98)是基于锥形直径76中的进给。模板30优选地被定向成相对于螺旋钻46的纵向轴线和层流是水平的。因此，面绳88的方位优选地相对于穿过模板30成型段的面团层流水平(成直线)。本实施例需要具有一定润滑性和水分含量的面团以允许如饼干面团那样挤压。图1提供适用于本实施例内的示范性面团实施例。表1
权利要求
1.一种挤压机，包括压缩发生器，其被配置成在大约小于120psi的范围以层流挤压塑性质量体；压缩室，其具有上游开口以从所述压缩发生器接纳所述塑性质量体，所述压缩室的内部的至少一部分具有在大约0. 2与0. 35之间的摩擦系数；以及模板，其附连到所述压缩室的下游开口，所述模板与压缩力的纵向轴线和所述塑性质量体的层流水平地对准。
2.根据权利要求1所述的挤压机，其特征在于，所述模板具有在前面上的多个成型段且以一定距离位于所述压缩发生器下游以最小化所述塑性质量体的湍流和脉动，同时维持层流且最小化压降，从所述成型段出来的塑性质量体维持在所述前面上的大约5%至15% 的密度均勻性。
3.根据权利要求1所述的挤压机，其特征在于，所述模板的方位通过提供安置在所述压缩力与所述压缩室之间的第一延伸部和在所述压缩室与所述模板之间的第二延伸部确定，每个延伸件为所述压缩室的长度的大约40%至60%。
4.根据权利要求1所述的挤压机，其特征在于，所述压缩发生器提供在所述压缩室中的大约70psi至95psi的范围的压力。
5.根据权利要求1所述的挤压机，其特征在于，所述压缩发生器是一对螺旋钻，其向内朝向彼此且不同相地旋转。
6.根据权利要求1所述的挤压机，其特征在于还包括框架、面团料斗、预进给箱和螺旋钻箱，所述压缩室包括上游延伸部和下游延伸部，每个延伸部具有包括热塑性聚甲醛的内周边。
7.根据权利要求1所述的挤压机，其特征在于还包括水套以维持所述塑性质量体的温度在大约90° F至130° F的范围。
8.根据权利要求1所述的挤压机，其特征于还包括水套以维持所述塑性质量体的温度在大约99° F。
9.根据权利要求1所述的挤压机，其特征于，所述模板具有多个模孔，所述模孔按照流动的顺序具有第一直锥形、第二向内凹锥形和成型部段，所述成型段至少与其开口直径一样长。
10.根据权利要求9所述的挤压机，其特征于，所述成型段为所述模板的厚度的大约 50%。
11.一种使用根据权利要求1所述的挤压机来挤压面团的方法，步骤包括混合面团成分到大约17%至35%重量范围的水分含量；允许大约30分钟至180分钟的搁置时间来静置所述面团；将所述面团递送到所述挤压机；向所述面团加压机施加在大约70psi至95psi的范围的压缩力；维持所述挤压机中的所述面团在大约90° F至130° F的范围的温度；以及以层流挤压连续面绳。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，提供搁置时间的步骤在大约45分钟至 60分钟的范围。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，维持所述面团的温度的步骤在大约99° F。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述塑性质量体是面团，其具有在大约 17%至35%重量范围的水分含量。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述塑性质量体是面团，其具有在大约 27%至33%重量范围的水分含量。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述塑性质量体还包括在大约0.005% 至大约0. 015%重量范围的焦亚硫酸钠。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述塑性质量体还包括焦亚硫酸钠与面粉的比例在大约每100磅0. 1盎斯至每100磅1盎斯的范围。
18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述塑性质量体还包括焦亚硫酸钠与面粉的比例在大约0. 4盎斯每100磅的范围。
19.一种由权利要求11的面团来生产挤压饼干的方法，其还包括步骤输送挤压的面绳到输送机；切割所述面绳为所需饼干的长度的面片；以及烘焙所述面片6分钟至10分钟至大约195° F至215° F的范围的温度。
20.一种挤压面团的方法，包括步骤提供具有大约17%至大约35%重量的含水量的面团；在挤压机中压缩所述面团至大约70psi至大约95psi的压力；传递所述面团通过所述挤压机的压缩室，所述压缩室的至少一部分具有大约0. 2至大约0. 35的摩擦系数；以及以层流挤压所述面团穿过模具以产生具有基本上均勻密度的面绳，所述模具具有一定厚度且包括多个开口，每个开口具有成型区长度，所述成型区长度在所述模具的厚度的大约40%至大约60%的范围。
全文摘要
本申请公开了一种面团挤压机，该面团挤压机被配置成提供适合于饼干产品的连续面绳，其使用直线延伸的低摩擦压缩头和基本上垂直于面团层流的模板。在一实施例中，挤压机可具有足以在大约小于120psi的范围以层流挤压塑性质量体的压缩力；压缩室，其提供在大约0.2与0.35的范围的内部摩擦系数；以及，模板与压缩力的纵向轴线水平地对准。
文档编号A21C11/16GK102232396SQ20111010794
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月19日 优先权日2010年4月21日
发明者C·E·罗宾逊, J·基彻尔, M·N·米哈罗斯 申请人:卡夫食品环球品牌有限责任公司