專利名稱：用于加工冷凍食品的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于加工冷凍食品的方法和裝置，具體而言，本發明涉及一種用于加工冰淇淋的方法和裝置。
背景技術：
螺旋式擠壓機例如單螺桿擠壓機和雙螺桿擠壓機已被廣泛使用，而且已長期應用于食品工業，例如應用在以谷類為主要原料的食品加工過程中。近年來，有人提出將單螺桿或雙螺桿擠壓機用于冰淇淋的冷凍過程中。
EP713650公開了一種用于擠壓充氣冷凍食品的方法和裝置，該方法和裝置中使用了雙螺桿擠壓機。在該擠壓機中，螺桿的特征在于其長度與直徑的比率介于30至60之間。但該文件未公開所述的直徑是否就是螺桿中心部分的直徑或螺桿中心部分的直徑加上螺距后的尺寸。EP0808577公開了一種類似的方法和裝置，而且該方法和裝置使用了一個具有相同幾何形狀的單螺桿擠壓機。
EP561118公開一種用于加工冷凍食用泡沫例如冰淇淋的方法和裝置，該方法和裝置采用了一個雙螺桿擠壓機。螺桿的幾何形狀由一個約為0.1的比率(溝槽深度/溝槽寬度)和一個介于22至30度之間的螺旋角來加以限定。
WO97/26800公開了一種用于加工冷凍食品泡沫例如冰淇淋的方法和裝置，該方法和裝置中采用了一個單螺桿擠壓機。螺桿的幾何形狀由一個介于5和10之間的比率(螺桿的長度/擠壓機料筒的內徑)、一個介于1至2之間的比率(螺距/螺桿外徑)及一個1.1至1.4的比率(螺桿的外徑/螺桿的內徑)來加以限定。根據附圖，該螺桿具有一個單螺紋頭(single thread start)。
使用擠壓機制造冰淇淋所面臨的一個巨大問題在于溫度要盡可能地低，同時還要求保持合適的流量。但是，如果溫度越低，那么由摩擦產生的流動阻力也就越大，這種流動阻力還會使處于冷卻狀態下的產品再次被加熱，這樣就限制了可以達到的溫度。因此，就需要以下述方式優化擠壓機的幾何形狀使產品被冷卻時所產生的摩擦力的增加最小，目的是使溫度盡可能地低。
現在，我們發現當將擠壓機用于冰淇淋的制造時，可通過下述方式顯著提高擠壓機的性能●在冰淇淋的制造過程中以一個沿用至今的外部螺旋角操作；●用設置有一個以上的螺紋頭的螺桿操作，而至今公開了只應用單螺紋頭的螺桿操作。
●用遠遠短于沿用至今的擠壓機操作。
測試和定義1.螺桿參數擠壓機由需要精確定義的不同參數來加以限定。為利于這些參數的定義，請參照附
圖1，圖中示出了一個安裝在一單螺桿擠壓機上的常規螺桿。這種擠壓機，例如，已在1978年由Krieger出版公司發行，作者為Zehev Tadmor的“塑煉擠壓工程原理”(Engineering principle ofplasticating extrusion-Zehev Tadmor-Krieger PublishingCompany)第39至45頁中被描述過。
螺桿長度LT(與料筒相接觸的螺桿長度)節距Sp(轉滿一圈(螺距)的軸向距離)螺紋頭一根螺桿上可包括多于一條的螺旋線，在說明書的其它部分中，每條螺旋線都被稱為一個螺紋頭，而螺紋頭的數量為‘n’。在
圖1中，所示的螺桿設置有兩個螺紋頭。
溝槽深度H(螺桿中心軸和料筒內表面之間的距離減去螺桿頂部和料筒內表面之間的徑向間隙)螺桿直徑De料筒的直徑減去螺桿中心軸和料筒內表面之間的距離。
螺旋角Arctg(Sp/pi.De)溝槽寬度Wc(沿螺旋線上的螺齒之間的距離，其中螺旋線垂直于螺齒)。
發明內容
本發明的第一目的在于提供一種包括一擠壓螺桿的擠壓機，其特征在于所述螺桿包括2至6個螺紋頭，最好為2至5個螺紋頭；其螺旋角介于28至45度之間，最好介于32至42度之間。
該擠壓機最好包括冷卻裝置，而且冷卻裝置最好由一個能夠使冷卻液體在其中循環流動的冷卻回路構成。另外，冷卻液體最好為氨或氮。
已經發現螺紋頭的數量越多，在擠壓機的出口處達到給定溫度所需的氨的溫度也越高，這表明增加螺紋頭的數量將會產生更好的冷卻效果。
比率(H/wc)最好小于0.2，而且最好大于0.1。已經發現H/wc的比值較小時，熱交換(冷卻)效果能夠得以改善，但由于摩擦而產生的熱擴散(加熱)卻增加了。反之，如果H/wc的比值較大，那么熱交換效果就會降低，而熱擴散更顯著降低，因此，最好以較高的H/wc的比率工作。盡管如此，但可以采用的H/wc比率還是有一個極限，因為當其高于某一極限值時，產品熱量不再均勻，而是出現不能再相互混合的寒冷區域和溫暖區域。
螺桿最好包括3至4個螺紋頭，而且冷卻液體最好為氨。
螺桿的LT/De比率優選介于2和10之間，最好介于2和5之間，介于2和4之間則更好。我們發現與現有技術不同，不僅不必采用長螺桿，而且還可以有效地消耗能量。如果螺桿太長，由于冷卻產生的粘性的增加而產生了摩擦，由這種摩擦而產生的熱擴散將會抵消冷卻作用，并使兩種現象(冷卻和散熱)平衡，因此就不會在螺桿的端部產生冷卻作用。盡管如此，但存在于沒有冷卻作用產生的螺桿端部的摩擦需要額外的扭矩來保持螺桿旋轉，而螺桿的這種旋轉對該工藝或最終產品沒有任何意義。
擠壓機最好是一個單螺桿擠壓機。
本發明的第二目的在于提供一種包括一擠壓螺桿的擠壓機，其特征在于螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間；LT/De的比率介于2和10之間，最好介于2和5之間，介于2和4之間則更好。
本發明的第三目的在于提供一種用于制造冷凍食品的方法，其中食品組分被混合在一起并被充入氣體，然后冷卻到介于-4℃和-7℃之間的溫度；接下來在一擠壓機內對其進行加工，以進一步冷卻到介于-12℃和-20℃之間的溫度下，其特征在于所述擠壓機包括一個擠壓螺桿，該螺桿包括2至5個螺紋頭，所述螺桿的螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間；所述擠壓機還包括冷卻裝置，該冷卻裝置最好由一個能夠使冷卻液體在其中循環流動的冷卻回路構成。
冷卻液體最好選自氨或氮。螺桿最好包括3至4個螺紋頭，冷卻液體最好為氨。
螺桿的LT/De比率介于2和10之間，優選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
擠壓機最好是一個單螺桿擠壓機。
本發明的第四目的在于提供一種用于制造冷凍食品的方法，其中食品組分被混合在一起并被充入氣體，然后冷卻到介于-4℃和-7℃之間的溫度；接下來在一擠壓機內對其進行加工，以進一步冷卻到介于-12℃和-20℃之間的溫度下，其特征在于所述擠壓機包括冷卻裝置，所述冷卻裝置最好由一個能夠使冷卻液體在其中循環流動的冷卻回路構成；所述擠壓機還包括一個擠壓螺桿，該螺桿的螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間，該螺桿的LT/De比率介于2和10之間，優選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
冷卻液體最好選自氨或氮。螺桿最好包括3至4個螺紋頭，而且冷卻液體最好為氨。
本發明的詳細說明參照附圖，接合如下的實例對本發明作出進一步的說明，其中附圖
圖1為包括有一個擠壓螺桿的擠壓機之示意圖。
冰淇淋的預先混合原料包括下列成分脂肪的總量8.4％穩定劑、乳化劑0.56％加入的糖16.8％蛋白質的總含量3.5％固體總量34.9％其中牛奶固體(非脂肪)的含量9.55％水其余通過使用傳統的裝置向上述成分中充入超過100％的氣體并將其冷卻到-4.5℃，以用于后面的加工處理。
接著，所得到的冷卻產品被輸送到一個根據本發明的單螺桿擠壓機內，用于隨后的擠壓操作。產品在一個用氨冷卻、螺桿直徑為200mm的單螺桿擠壓機內以每小時500升冰淇淋(的生產率)受到擠壓。
我們對具有各種不同幾何形狀的螺桿進行了測試，測試結果見下表。
權利要求
1.一種擠壓機，其包括一個擠壓螺桿，所述擠壓螺桿的特征在于其螺紋頭的數量介于2至6個之間，其螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間。
2.根據權利要求1的擠壓機，其包括冷卻裝置，所述冷卻裝置最好由一個能夠使冷卻流體在其中循環流動的冷卻回路構成。
3.根據權利要求2的擠壓機，其特征在于所述冷卻液體選自氨或氮。
4.根據權利要求3的擠壓機，其特征在于所述螺桿包括3至4個螺紋頭，而且冷卻液體為氨。
5.根據權利要求1的擠壓機，其特征在于所述螺桿的LT/De比率介于2和10之間，優選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
6.根據權利要求2的擠壓機，其特征在于所述螺桿的H/Wc比率小于0.2，最好大于0.1。
7.根據上述權利要求之一的擠壓機，其特征在于所述擠壓機是一個單螺桿擠壓機。
8.一種包括一擠壓螺桿的擠壓機，所述擠壓螺桿的特征在于其螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42之間；LT/De的比率介于2和10之間，優選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
9.根據權利要求8的擠壓機，其包括冷卻裝置，所述冷卻裝置最好由一個能夠使冷卻液體在其中循環流動的冷卻回路構成。
10.根據權利要求9的擠壓機，其特征在于所述冷卻液體選自氨或氮。
11.根據權利要求10的擠壓機，其特征在于所述螺桿包括3至4個螺紋頭，而且冷卻液體為氨。
12.根據權利要求8至11之一的擠壓機，其特征在于所述擠壓機是一個單螺桿擠壓機。
13.一種用于制造冷卻食品的方法，其中食品組分被混合在一起并被充入氣體，然后冷卻到介于-4℃和-7℃之間的溫度；接下來在一擠壓機內對其進行加工，以進一步冷卻到介于-12℃和-20℃之間的溫度下，其特征在于所述擠壓機包括冷卻裝置，所述冷卻裝置最好由一個能夠使冷卻液體在其中循環流動的冷卻回路構成；所述擠壓機還包括一個擠壓螺桿，該螺桿的螺旋角介于28和45度之間，最好介于32和42度之間。
14.根據權利要求13的方法，其特征在于所述螺桿的LT/De比率介于2和10之間，優選介于2和5之間，最好介于2和4之間。
全文摘要
一種擠壓機,當其用于加工冰淇淋時,其螺桿包括多于一個的螺紋頭,而且螺旋角介于28和45度之間。
文檔編號A23G9/16GK1352527SQ00808123
公開日2002年6月5日 申請日期2000年5月17日 優先權日1999年5月28日
發明者B·H·巴克, P·M·M·邦格爾斯, W·王－諾蘭 申請人:荷蘭聯合利華有限公司