СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ОБРАБОТАННОГО ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА НИЗКОЙ ВЛАЖНОСТИ И ВЫСОКОЙ ЖИРНОСТИ И ЕГО ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
METHOD FOR GRANULATION AND RECYCLING LOW MOISTURE AND HIGH FAT TREATED FOOD PRODUCT

Описание
Настоящее изобретение относится к способу измельчения обработанного пищевого продукта низкой влажности и высокой жирности для его повторного использования в производстве пищевых продуктов.
При производстве многих типов пищевых продуктов некоторые неиспользованные части обработанных продуктов остаются в виде обрезков, кусочков, стружек, фрагментов и т.д. после периодической переработки или других производственных операций. Кроме того, из коммерческого продукта могут отбраковываться небольшие количества обработанного пищевого продукта, который может не соответствовать требуемой форме или конфигурации. В идеале такие неиспользуемые части и/или небольшие количества объединяют с большими количествами для использования при вторичной переработке в последующем пищевом производстве. Это часто требует тепловой обработки, механического измельчения, помола или других технологических операций для повторной переработки обработанного пищевого продукта в более удобную или стабильную форму, что может привести к возникновению трудностей.
Необходимы средства для переработки сухих или имеющих низкое содержание влаги и высокое содержание липидов обработанных продуктов в стабильную при хранении функциональную форму пищевого качества для повторного использования. Настоящее изобретение решает эти и другие задачи эффективным и экономически обоснованным способом.
Настоящее изобретение предлагает способ измельчения обработанных пищевых продуктов с высоким содержанием липидов в функциональные гранулированные формы пищевого качества, пригодные для повторного использования. Способ позволяет проводить обработку кратковременными операциями, которые, по существу, сохраняют желательные функциональные аспекты обработанных пищевых продуктов, которые полезны для дальнейшего пищевого производства. Измельчение может проводиться без необходимости в контакте обработанного пищевого продукта с высоким содержанием липидов с какими-либо движущимися механическими деталями. По существу, весь полученный по некоторым процессам материал обработанного пищевого продукта с высоким содержанием липидов может внедряться в пищевые продукты.
В некоторых вариантах обработанные пищевые продукты с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, которые могут подвергаться переработке в одноступенчатом процессе, включают заполненные пищевые продукты, например пищевые продукты, содержащие в одной части ингредиент на базе зерна и в другой части - заполняющий ингредиент с высоким содержанием липидов. В одном варианте липидное содержимое обработанного пищевого продукта, перерабатываемого способом по настоящему изобретению, составляет по меньшей мере около 15 вес.% и, более конкретно, от около 15 до 60 вес.%. Такие заполненные продукты могут включать, например, пирожные, пирожки, выпечку, заключенную в оболочку, в совместно экструдированной форме или в форме сэндвичей. К неограничивающим примерам относятся, например, продукты из теста с вкусовым кремовым наполнителем, продукты из теста с наполнителем из сыра, продукты из теста с наполнителем из арахисового масла и так далее. Заполненные продукты могут включать заполненные продукты из теста в форме сэндвичей, глазированные заполненные продукты из теста, например заполненное или глазированное печенье, закуски и/или крекеры и пр. Для целей настоящего описания "обработанный пищевой продукт" означает готовые обработанные пищевые продукты, а также частично обработанные сырьевые пищевые материалы, такие как зерна какао.
В одном конкретном варианте одноступенчатая операция измельчения, по существу, гранулирует обработанные пищевые продукты с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, содержащие мучнистый материал, не вызывая существенных или неконтролируемых трансформаций в липидном или мучнистом содержимом. Липидное и крахмалистое содержимое пищевых продуктов с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, по существу, сохраняется во время процесса измельчения и, поэтому, может быть использовано повторно в последующем пищевом производстве. Его также можно использовать в относительно больших количества в последующих линиях по производству пищевых продуктов.
В некоторых вариантах одноступенчатая операция измельчения обработанных пищевых продуктов с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов проводится как процесс измельчения, в котором сжатый воздух и обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов раздельно подают в кожух, который содержит участок в форме усеченного конуса. После введения сжатый воздух движется через кожух по существу по направленной вниз траектории, пока не достигнет его нижнего конца. Затем воздух поднимается вверх от нижнего конца кожуха по центральному региону, пока не выйдет из кожуха через выпускной патрубок. Пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов отдельно вводят в верхний конец кожуха и пищевой продукт захватывается воздухом, движущимся вниз через кожух, пока не достигнет нижнего конца кожуха.
Во время движения обработанного пищевого продукта от верхнего конца кожуха вниз к нижнему его концу обработанный пищевой продукт по меньшей мере физически перерабатывается. Пищевой продукт дополнительно может обезвоживаться за счет использования нагретого сжатого воздуха, в котором он взвешен в динамической системе воздушного потока, генерируемой в кожухе, если температура воздуха поддерживается на уровне ниже температуры плавления липидного содержимого перерабатываемого пищевого продукта. Во время той же операции пищевой продукт дезинтегрируется на мелкие частицы за чрезвычайно короткий период времени. Существенное количество введенного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов может измельчиться до достижения нижнего конца кожуха. Как таковое, это истирание пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов может быть достигнуто без использования измельчающего устройства с подвижными механическими деталями.
Следовательно, в таких вариантах из нижнего конца кожуха выгружается твердый продукт в форме частиц, включающий измельченную пищу, а воздух вместе с любыми парами влаги, высвободившейся из пищи во время переработки в устройстве, выходит из системы через выпускной патрубок. В одном конкретном варианте кожух является структурой, состоящей из двух частей, содержащей верхний кожух цилиндрической формы, в который раздельно подают сжатый воздух и пищевой продукт с низким содержанием влаги и с высоким содержанием липидов, при этом цилиндрический кожух примыкает, сообщаясь с ним, к нижнему кожуху в форме усеченного конуса, содержащему нижний конец всей структуры, из которого выгружается переработанный материал.
Измельчение обработанных пищевых продуктов с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов по вариантам настоящего изобретения дает многочисленные преимущества по сравнению с известными схемами утилизации обработанных пищевых продуктов с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов. Одним из них является то, что расходы на транспортировку и утилизацию пищевых продуктов сокращаются или исключаются. Операция измельчения позволяет производить гранулированный пищевой продукт из пищевых продуктов с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов в относительно низкотемпературной и кратковременной операции. Измельчение предпочтительно можно проводить как одноступенчатую операцию, не ухудшая желаемых функциональных атрибутов пищевого материала и без необходимости проводить разные виды переработки на разном оборудовании. Дополнительно процесс может проводиться в непрерывном режиме, поскольку сжатый воздух непрерывно выходит из системы после захвата пищевого продукта и перенесения его вниз через кожух к его нижнему концу, откуда можно выгружать измельченный материал пищевого продукта. На внутренних стенках перерабатывающего устройства не остается или почти не остается налета, что облегчает его очистку и переналадку на переработку другого типа обработанных пищевых продуктов. Эти преимущества уменьшают сложность процесса, время переработки и расходы на производство и обслуживание.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 - блок-схема способа переработки и повторного использования обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов по варианту настоящего изобретения.
Фиг.2 - схематический вид системы для переработки обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов по варианту настоящего изобретения.
Фиг.3 - сечение циклонного устройства, используемого в перерабатывающей системе по фиг.2.
Фиг.4 - схематический вид системы для переработки обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов по другому варианту настоящего изобретения.
Элементы, показанные на чертежах, не обязательно соответствуют масштабу. Элементы, обозначенные одинаковыми позициями на разных чертежах, представляют подобные компоненты, если не указано иное.
Подробное описание предпочтительных вариантов
Ниже следует описание предпочтительных вариантов настоящего изобретения с конкретными ссылками на уникальную переработку обработанных пищевых продуктов с высоким содержанием липидов и, более конкретно, обработанных пищевых продуктов с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов. Для целей настоящего описания термин "низкое содержание влаги", используемый для характеристики пищевого материала, означает пищевой материал, содержащий менее около 14 вес.% воды в форме жидкости, льда и/или пара. Термин "высокое содержание липидов", используемый для характеристики пищевого материала, означает пищевой материал, содержащий не менее около 15% липидов. Как уже указано, "обработанный пищевой продукт" охватывает готовые обработанные пищевые продукты, а также частично переработанное пищевое сырье, такое как зерна какао.
По существу, обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов подвергают измельчению на частицы малого размера за короткий период времени в операции измельчения, проводимой на единственном устройстве. По существу, процесс измельчения проводится в системе циклонного типа, которая может работать так, что на обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов можно оказывать полезное физическое воздействие. Измельченный пищевой продукт выходит в гранулированной форме (например, твердый мелкий порошок).
Для целей настоящего описание термин "измельчение" означает дробление, распыление, истирание, износ или трение частицы для ее разрушения на более мелкие частицы и/или для высвобождения мелких частиц и включает механизмы, связанные с контактом между движущимися частицами и/или между движущейся частицей и статичной поверхностью, а термин "сушка" означает обезвоживание, т.е. снижение содержания влаги.
Как показано на фиг.1, в этом не ограничивающем иллюстративном варианте обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов собирают в технологическом процессе или из готовых пищевых продуктов (шаг 1), факультативно охлаждают (шаг 2) и/или охлаждают технологический воздух (шаг 3), затем пищу подвергают измельчению (шаг 4) и полученный гранулированный пищевой продукт или "переработанный" пищевой продукт используют повторно как пищевой ингредиент (шаг 5).
о
о
На факультативном шаге 2 обработанный пищевой продукт может предварительно охлаждаться перед введением в циклонное перерабатывающее устройство, описанное ниже, чтобы дополнительно воспрепятствовать плавлению липидного содержимого в обработанном пищевом продукте. Обработанный пищевой продукт охлаждают до температуры, достаточной для охлаждения липидного содержимого пищи до температуры ниже точки плавления липида, в частности присутствующего липида, имеющего самую низкую температуру плавления. Это способствует сохранению целостности липидной части и предотвращает агломерацию или прилипание пищевого материала к внутренним стенкам перерабатывающего устройства во время измельчения. Если комнатная температура ниже точки плавления липидного содержимого обработанного пищевого продукта, необходимость охлаждать воздух или подаваемый пищевой продукт может быть уменьшена или исключена. В одном варианте температуру обработанного пищевого материала с высоким содержанием липидов (шаг 2) и/или технологического воздуха (шаг 3), который будет использоваться для измельчения, как более подробно описано ниже, перед введением в циклонное перерабатывающее устройство понижают до около 70F (21,1С) или ниже.
По завершении шага 4 получают гранулированный пищевой продукт, который пригоден для использования в съестных припасах. Например, полученный гранулированный пищевой продукт после измельчения, по существу, сохраняет свой вкус и функциональные атрибуты. Например, когда пищевым продуктом с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов является мучнистое пищевое изделие, остаточное крахмалистое содержимое в пищевом продукте с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, которое имелось после любого предварительного приготовления или другой тепловой обработки, которой подвергался этот обработанный пищевой продукт, по существу, сохраняется во время процесса измельчения по настоящему изобретению и, следовательно, функционально доступно для повторного использования. Его также можно использовать в относительно больших количествах на последующих пищевых производственных линиях.
Гранулированный пищевой продукт также можно стабильно хранить до повторного использования в последующем пищевом производстве. Гранулированный пищевой продукт может использоваться как пищевой ингредиент при производстве обработанного пищевого продукта того же типа на той производственной линии, с которой он был собран как неиспользованный материал, или в производстве других типов обработанных пищевых продуктов, где его вкус или функциональные свойства могут быть желательны или полезны.
Со ссылками на фиг.2 и 3 ниже подробно описаны иллюстративная конструкция оборудования и способ его эксплуатации для проведения измельчения обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов на шаге 4 по фиг.1. Обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, который водят в циклонную систему для переработки способом по настоящему изобретению, может быть получен из коммерческого пищевого производства или из других источников обработанных пищевых материалов с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов. Обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов может быть в форме дискретных цельных кусков, произведенных первоначально, или в форме участков, частей, фрагментов, обрезков и пр.
о
На фиг.2 показана иллюстративная система 100 для измельчения приготовленого пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов по варианту способа по настоящему изобретению. Циклон 101 является структурным кожухом, состоящим из двух сообщающихся участков: верхнего цилиндрического кожуха 103, определяющего камеру 104, и нижнего кожуха 105 в форме усеченного конуса, который определяет полость 106. И верхний, и нижний кожухи являются кольцевыми структурами, в которых сплошная стенка или оболочка охватывает внутреннее пространство. На этой иллюстрации верхний кожух 103 имеет, по существу, равномерный диаметр, а нижний кожух 105 скошен внутрь к его нижнему концу 112. В не ограничивающем варианте, угол α конусности нижнего кожуха 105 может составлять 66-70 (см. фиг.3). Для целей настоящего описания, термин "кожух" означает структуру, которая охватывает камеру, полость или пространство, более чем с одной стороны.
Сжатый воздух 116 и обработанный пищевой продукт 102 с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов раздельно вводят в циклон 101 через верхний кожух 103. Обработанный пищевой продукт 102 с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов выгружается в форме порошка 113 твердых частиц из нижнего конца 112 циклона 101. На чертеже показан дополнительный клапанный механизм 111, например поворотная задвижка или вращающийся воздушный шлюз, которые позволяют извлекать высушенный, измельченный пищевой продукт из циклона, не прерывая непрерывную работу системы и минимизируя утечки воздуха из циклона 101. Альтернативно, по желанию можно на нижнем конце 112 циклона 101 установить цилиндрический пустотелый удлинительный вал (не показан), чтобы направлять гранулированный продукт в приемник или подобное устройство, расположенное под циклоном. При отсутствии клапанного механизма на нижнем конце 112 циклона 101 сжатый воздух, введенный в циклон, также будет выходить из циклона 101 через отверстие 111 на нижнем конце 112 циклона. Эту дополнительную потерю воздуха может потребоваться компенсировать за счет повышения расхода воздуха на входе, чтобы поддерживать требуемые условия давления внутри циклона, например, повышая расход так, чтобы компенсировать потерю воздуха и через нижнюю часть циклона, и через выходящий поток газа 114.
Воздух и, возможно, некоторое небольшое количество водяного пара, высвободившегося из обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов во время переработки в циклоне 101, выводят из циклона как выхлопные газы 114 через рукав 107 и выпускной патрубок 109. Небольшое незначительное количество легких обломков может высвобождаться из пищи во время переработки в циклоне и уноситься потоком выхлопных газов 114. Поток выхлопных газов 114, по желанию, можно фильтровать, удаляя из него эти частицы, и/или промывать для удаления других летучих компонентов или других соединений перед выпуском в атмосферу дополнительным модулем скруббера, например скруббером с насадкой (см. фиг.4, элемент 1141). Просеивающее устройство 115 более подробно будет описано ниже.
o
о
o
o
o
o
o
o
Для подачи сжатого воздуха 116 в циклон 101 механизм 121 сжатия воздуха, например нагнетатель или воздушный компрессор, генерирует поток воздуха большого объема и движущегося с большой скоростью, который подают по воздуховоду 125 через холодильник 123, откуда он подается в верхний кожух 103 циклона 101. Термин "сжатый воздух" относится к воздуху, сжатому до давления, превышающего атмосферное, например более абсолютного давления 14,7 фунтов на кв. дюйм (101,35 кПа). Нагревание сжатого воздуха перед его введением в циклон 101 обычно нежелательно или не необходимо в показанных здесь вариантах, хотя в некоторых ситуациях, как будет описано ниже, это может быть полезно. Нагрев сжатого воздуха по общему правилу нежелателен, поскольку он может привести к плавлению любой чувствительной к теплоте части материала обработанного пищевого продукта, перерабатываемого в циклоне. В одном варианте сжатый воздух охлаждают до температуры ниже температуры стеклования чувствительной к теплоте части съедобного подаваемого материала, перед тем как подать его в циклон. В одном конкретном варианте воздух охлаждают приблизительно до 35-75F (1,7-23,9С), более конкретно приблизительно до 40-70F (4,44-21,1С) и еще более конкретно приблизительно до 60-70F (15,6-21,1С). В другом варианте воздух может подаваться в циклон при комнатной температуре без подогрева, если температура воздуха ниже температуры плавления липидной части перерабатываемого пищевого продукта. То есть, если температура воздуха на выходе из компрессора 121 ниже температуры плавления липидных компонентов перерабатываемого пищевого продукта, можно не пропускать воздух через холодильник 123 в рабочем режиме, перед тем как подавать его в циклон. Перед подачей воздуха без использования холодильника любые изменения комнатной температуры и температуры воздуха, связанные с его сжатием, предпочтительно отслеживают. Холодильником 123 может быть коммерческий или промышленный теплообменник или холодильник или другое подходящее охлаждающее устройство, например охлаждающее устройство, способное снижать температуру непрерывного потока технологического воздуха до температуры охлаждающей жидкости 10F (около 6С).
Сжатый воздух 116 подают в камеру 104, по существу, по касательной к внутренней стенке 108 верхнего кожуха 103. Это может делаться, например, путем направления воздушного потока 116 на множество отверстий 120 (например, 2-8 отверстий), разнесенных по окружности и проходящих сквозь стенку 108 верхнего кожуха 103. На внутренней стенке 108 верхнего кожуха 103 могут быть установлены дефлекторы 122 для отклонения входящего потока воздуха в направлении, по существу, по касательной к внутренней стенке 108, в соответствии с конструкцией, которая описана, например, в патентной публикации США № 2002/0027173 А1, которая включена в настоящее описание путем отсылки. Сжатый воздух может вводиться в верхний кожух 103 циклона 101 в направлении против часовой стрелки или по часовой стрелке.
Введенный воздух 116, по существу, может подвергаться дальнейшему циклонному сжатию в камере 104 и полости 106. Благодаря центробежной силе, присутствующей в среде циклона, считается, что давление ближе к внешним краям полости 106 существенно выше атмосферного, тогда как давление рядом с центральной осью полости 106 ниже атмосферного. Как показано на фиг.3, в качестве не ограничивающей иллюстрации, после введения в верхний кожух 103 сжатый воздух 116 по спирали или иным образом движется, по существу, вдоль большой направленной вниз траектории как вихрь 13 в верхнем кожухе 103 и в нижнем коническом кожухе 105, пока не достигнет нижнего конца 112. На этой иллюстрации рядом с нижним концом 112 полости 106, определенным внутренними стенками 123 нижнего кожуха 105, направленный вниз поток воздуха меняет направление движения и воздух (вместе с любыми парами влаги, высвободившимися из пищевого продукта, перерабатываемого в циклоне 101) закручивается обратно вверх малым вихрем 15, который проходит, по существу, внутри большего вихря 13. Малый вихрь 15 поднимается от нижнего конца 112 нижнего кожуха 105 в центральном участке 128, расположенном приблизительно рядом с центральной осью 129 циклона 101 и по существу внутри большего вихря 13. Малый вихрь 13 течет вверх до выхода из кожуха через рукав 107 и, далее, через выпускной патрубок 109.
Факультативно под нижним концом 112 или внутри него можно установить средство, разбивающее вихрь (не показано), чтобы облегчить переход большого вихря 13 в малый вихрь 15. Известны различные конструкции средств разбиения вихря для циклонов, например коробчатый кожух на дне конического кожуха.
Обработанный пищевой продукт 102 с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов отдельно вводят в верхний кожух 103. Введенный обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов падает под воздействием силы тяжести вниз в камеру 104, пока не будет захвачен вихрем 13 в циклоне 101. Предпочтительно, обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов вводят в верхний кожух 103 в такой ориентации, чтобы он падал в циклонический вихрь 13, генерируемый внутри циклона 101, в котором он расположен в пространстве между рукавом 107 и внутренней стенкой 108 верхнего кожуха 103. Такая технология подачи служит для минимизации количества обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, которое может первоначально упасть в крайние внутренние или внешние радиальные участки вихря, на которых циклонические силы, воздействующие на пищевой продукт, могут быть более слабыми. Как указано выше, подаваемый материал может предварительно охлаждаться до введения в циклон 101 путем хранения подаваемого материала в подходящем охлаждающем устройстве 1020 или путем транспортировки через него, при этом таким охлаждающим устройством может быть коммерческий или промышленный теплообменник или холодильник. Захваченная пища движется в вихре 13 воздуха, спускающимся по спирали или другим образом вниз через нижний кожух 105, пока не достигнет нижнего конца 112 нижнего кожуха 105. Во время этого направленного вниз пути эффекты измельчения пищи могут возникать в разное соответствующее время и в разных местах на направленном вниз пути пищи через циклон. Без привязки к какой-либо теории считается, что возможный перепад давления, силы Кориолиса, кавитационные взрывы и столкновения между частицами пищи, захваченными высокоскоростным потоком сжатого воздуха, могут активно разрушать физическую структуру этого материала. Альтернативно или дополнительно центробежные силы в вихре могут с силой прижимать пищевой продукт к внутренним стенкам 108 и 123 кожуха. Эти режимы истирания индивидуально или в комбинации или другие режимы истирания, которые могут возникать в циклоне, которые могут быть не до конца понятны, приводят к дроблению (измельчению) пищевого продукта и его сушке. В результате, во время такого движения пищевого продукта и упаковки от верхнего кожуха 103 вниз к нижнему концу 112 нижнего кожуха 105 обработанный пищевой продукт физически перерабатывается благоприятным образом. Устройство 101 не требует механических движущихся деталей для осуществления измельчения обработанного пищевого продукта.
В другом варианте настоящего изобретения, выводимый твердый порошковый продукт 113 может просеиваться, например, на сите, грохоте или подобном подходящем механизме 115 для сепарации/сортировки частиц для сортировки и сепарации более тонкой фракции измельченной пищи 1130 в твердом порошковом продукте 113 от более грубой фракции 1131 продукта, чтобы размер частиц отвечал установленным критериям, не превышая заранее определенный размер, пригодный для переработки после измельчения. Более грубая (с большим размером частиц) фракция 1131 может быть возвращена в верхний кожух циклона для дополнительной переработки в нем. Можно использовать конвейер (не показан) для механической транспортировки возвращаемого более грубого материала на подающий механизм 127 или другое подающее средство в верхнем кожухе 103 циклона 101. Кроме того, подающее средство 127 может быть наклонным конвейером, шнековым питателем и пр. (см. фиг.4, элемент 1270), который транспортирует подаваемый материал в камеру 104 циклона 101 через верхний кожух 103.
Очевидно, что рукав 107 можно управляемо перемещать вверх и вниз в разные вертикальные положения внутри циклона 101. По существу, чем ниже расположен рукав 107 относительно полости 106, тем меньший комбинированный общий объем циклона 101 будет доступен для циркуляции воздуха. Поскольку объем воздуха, подаваемого в циклон, остается постоянным, такое уменьшение объема приводит к увеличению скорости потока воздуха и усилению циклонного эффекта в полости 106 и, следовательно, введенная пища будет измельчаться и циркулировать в камере 104 и полости 106 дольше. Подъем рукава 107 приводит, по существу, к обратному эффекту. Для данного подаваемого материала и для данных рабочих условий вертикальное положение рукава 107 можно регулировать для повышения эффективности процесса и увеличения выхода годной продукции.
Кроме того, на выпускном патрубке 109 можно установить заслонку 126 для управления объемом воздуха, который может выходить из центрального участка низкого давления полости 106 в атмосферу, что может влиять на скорости потоков и градиенты сил в циклоне 101. Помимо дополнительной заслонки устройство 101 обычно не требует для работы движущихся деталей, в частности, в отношении измельчающего действия, которое происходит внутри устройства.
При непрерывной подаче упакованного обработанного пищевого продукта в циклон 101 достигается непрерывный выход 113 измельченного пищевого материала. Не ограничивающим примером коммерческого устройства, которое может работать в непрерывном режиме, перерабатывая пищевые продукты способом по настоящему изобретению, является устройство WINDHEXE, производимое компанией Vortex Dehydration Systems, LLC, Hanover Maryland, USA. Описание устройства этого типа приведено в патентной публикации № 2002/0027173 А1, которая включена в настоящее описание путем отсылки.
Циклонная система 100 создает механическую энергию для дезинтеграции и гранулирования обработанной пищи. Пища, выходящая из циклона 101, принимает форму текучего порошка, состоящего из твердых частиц, напоминающую муку.
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Перерабатывающее устройство 101 может оставаться относительно чистым, поскольку перерабатываемый материал не имеет тенденции прилипать в форме налета к внутренним стенкам перерабатывающего устройства, используемого для помола пищи в гранулированную форму. Это может облегчить любой требуемый переход на переработку другого типа материала на том же устройстве. В одной технологической схеме переработки обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, подача сжатого воздуха в циклон заключается в подаче сжатого воздуха при манометрическом давлении на входе от около 10 фунтов на кв. дюйм (около 68,95 кПа) до около 100 фунтов на кв. дюйм (около 689,5 кПа), более конкретно от около 20 фунтов на кв. дюйм (около 137,9 кПа) до около 35 фунтов на кв. дюйм (около 241,3 кПа), и еще более конкретно, от около 26 фунтов на кв. дюйм (около 179,2 кПа) до около 32 фунтов на кв. дюйм (около 220,6 кПа). Объемный расход сжатого воздуха, подаваемого в циклон, находится в диапазоне от около 500 футов/мин (около 14,16 м/мин) до около 10000 футов/мин (около 283,17 м/мин), более конкретно от около 1000 футов/мин (около 28,3 м/мин) до около 6000 футов/мин (около 169,9 м/мин), и еще более конкретно, от около 1500 футов/мин (около 42,5 м/мин) до около 3000 футов/мин (около 84,9 м/мин).
Скорость подачи обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов может меняться, но в целом может составлять от около 1 до 300 фунтов/мин (около 0,454-136,0 кг/мин), более конкретно, от около 50 до 150 фунтов/мин (около 22,7-68,0 кг/мин) для циклона с (максимальным) диаметром от 1 до 10 футов (0,3048-3,048 м). Диаметр циклона может составлять от около 1 до 10 футов (0,3048-3,048 м) и, более конкретно, от около 1 до 6 футов (0,3048-1,8288 м).
Обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов может перерабатываться в вышеописанном циклонном устройстве в течение очень короткого периода времени. В одном варианте после введения обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов в циклон гранулированный пищевой продукт выходил из перерабатывающего устройства через приблизительно 15 с и, более конкретно, через от около 1 до 5 с. Летучими компонентами также можно управлять, направляя выхлопные газы из циклона через скруббер и т.п. после их выхода из циклона.
По существу, весь обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов может выйти как переработанный продукт за такой короткий промежуток времени. Указанные выше температуры и время, применяемые при измельчении обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, достаточно низки, чтобы предотвратить любые существенные нежелательные изменения структуры крахмала или других физико-химических атрибутов, относящихся к переработке пищи, которые могут происходить во время измельчения, как описано выше. Любое содержание крахмала, имеющегося в пищевом продукте с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов (до гранулирования), по существу, остается неизменным во время измельчения, проводимого по настоящему изобретению. При обычном помоле, по существу, применяются движущиеся детали, осуществляющие истирание материала, что приводит к образованию локализованной теплоты. Интенсивная или неправильно повышаемая теплота может увеличить риск деградации желаемых функциональных признаков пищи.
о
о
В одном варианте обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов использовался как материал, подаваемый в процесс измельчения и, по существу, при вводе в циклон 101 системы 100 содержал по меньшей мере около 15 вес.%, и более конкретно, от около 15 до около 60 вес.% липидов, и менее чем около 14 вес.% влаги, и более конкретно, от около 1 до около 14 вес.% влаги. Сжатый воздух подавался в циклон обычно без нагрева или, по меньшей мере, нагретый до температуры ниже температуры плавления липидного компонента перерабатываемого пищевого материала. В одном варианте пищевой материал перерабатывается в охлажденном или, по меньшей мере, не нагретом состоянии, например, при температуре 65-75F (около 18-24С) или ниже. Измельченная (гранулированная) часть полученного в процессе пищевого продукта, по существу, содержит 1-14 вес.% влаги.
Может потребоваться осушение сжатого воздуха, перед тем как он будет введен в циклон в условиях высокой относительной влажности (более 50%), чтобы перерабатываемый материал мог истираться в гранулированную форму и не образовывал липкую или вязкую массу внутри циклона. Воздух можно осушать обычным охлаждающим змеевиком или подобным устройством, применяемым для осушения технологического воздуха (см. фиг.4, компонент 1231). Осушитель 1231 воздуха может быть коммерческим устройством общего назначения, например Model MDX 1000, выпускаемым компанией Motivair, Amherst, NJ, USA.
Теплообменник (холодильник) 123, осушитель 1231 и нагреватель 1232, который обычно не используется в конкретных вариантах настоящего изобретения, являются устройствами подсистемы, представленной модулем 1233 подготовки воздуха, показанного на фиг.4. Как показано на фиг.4, для выборочного управления воздушным потоком через различные устройства модуля 1233 могут использоваться управляющие клапаны и т.п. устройства.
Измельченный пищевой продукт, полученный по процессу измельчения, предпочтительно имеет коммерчески применимый размер частиц. В одном варианте высушенный измельченный пищевой продукт, полученный переработкой обработанного пищевого продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов по варианту настоящего изобретения, по существу, может иметь средний размер частиц от около 1 мкм до около 1000 мкм, и более конкретно, от около 2 мкм до около 1000 мкм. В одном варианте фракция твердого порошкового съедобного продукта, полученная на дне циклона, содержала по меньшей мере 50% измельченного пищевого продукта со средним размером частиц от около 1 мкм до около 1000 мкм.
Гранулированный пищевой продукт, полученный по вариантам настоящего изобретения, съедобен и может использоваться в разнообразных продуктах питания для разных целей. Гранулированный пищевой продукт предпочтительно не имеет неприятного вкуса или запаха и легко может подвергаться обработке с тестом, обработанным мясом и другой обработанной пищей без потери качества. Например, гранулированный пищевой продукт по вариантам настоящего изобретения служит экономичной заменой оригинальных ингредиентов, используемых в таких пищевых продуктах. Этот гранулированный пищевой продукт способен добавлять вкус и функции без вредного влияния на такие пищевые продукты. Гранулированный пищевой продукт, полученный по вариантам настоящего изобретения, обычно стабилен при хранении и может использоваться для придания вкуса и/или функциональных свойств производимому пищевому продукту после многих месяцев хранения этого гранулированного пищевого продукта, например в течение двенадцати месяцев или более.
Обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, который может использоваться как подаваемый материал в процессе по настоящему изобретению, может быть получен из коммерческого пищевого производства или из других источников обработанных пищевых продуктов с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов.
В некоторых предпочтительных вариантах обработанные пищевые продукты с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов содержат заполненные продукты, включающие содержащий липиды заполнитель и зерновую часть, используемую в качестве охватывающей по типу сэндвича, закрывающей, обертывающей, покрывающей или глазирующей части.
Содержащая липиды заполняющая часть может содержать заполняющий крем, содержащий жиры или жирные композиции, которые являются съедобными и "мажущимися" при обычной комнатной температуре. Например, в выпеченных изделиях самым разным образом применялись заполняющие кремы, которые могут присутствовать в пищевых продуктах, переработанных по настоящему изобретению. Заполняющий крем может использоваться как слой или "намазка" для сэндвича между двумя кусками печенья или крекерами или, альтернативно, он может вводится в выпечку или другие пищевые продукты методом инъекции, или совместной экструзии, или инкапсуляцией.
о
о
о
о
Заполняющие кремы такого типа, например, в качестве основных ингредиентов могут содержать жир или жирные композиции, сахар и вкусовые добавки. Жиры и жирные композиции могут быть получены из множества источников съедобных липидов и могут содержать разнообразные смеси масел как фракционированных, так и не фракционированных и имеющих разную степень гидрогенизации. Жир или жирная композиция заполняющего крема может содержать жиры и масла животного и/или растительного происхождения. Жир или жирная композиция может иметь индекс жирности, например, около 15-43% в сухом веществе при 70F (21,1С) и около 0,7-6,0% при 92F (33,3С).
Композиция заполняющего крема, например, может содержать около 30-60 вес.% жира или жирного содержимого, а остальное может включать один или более из следующих компонентов: сахар, заменители сахара, вкусовые добавки, молочные продукты, технологические добавки и т.п., достаточные для получения мажущейся кремовидной композиции. Соответствующие вкусовые добавки и экстракты коммерчески доступны и включают, например, ваниль, шоколад, кофе, арахисовое масло, мяту, сыр и т.п. Молочным продуктом может быть обезжиренное сухое молоко. Можно использовать эмульгаторы, пластификаторы (напр., лецитин) и/или другие технологические добавки. Заполняющая композиция может содержать мажущийся кремовидный состав с плотностью от 0,7 до 0,85. Могут существовать и использоваться и другие заполняющие композиции, содержащие липиды.
Продукты с заполнителем могут содержать часть, основанную на зерне, например материалы на основе теста, такие как хлебная основа сэндвича или оболочка для заполняющей части продуктов с заполнителем. Материалы на основе зерна могут содержать одну или более главную часть злаковых, например перикарпий или отруби (внешний слой зерна), эндосперм (мучнистый белок, содержащий крахмал) или зародыш (эмбрион семени). К примерам относятся злаковые, мука грубого помола, мука тонкого помола, крахмал или клейковина, полученные путем помола злаковых, таких как пшеница, кукуруза, овес, ячмень, рис, рожь, сорго, рапсовое семя, бобовые, соевые бобы, тритикале и различные их смеси, а также различные продукты помола таких злаковых, например отруби. В одном варианте обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, по существу, может содержать в сухом веществе 1-99 вес.%, и более конкретно, 5-95 вес.% ингредиента на основе зерна, а остальное может состоять из не зерновых сельскохозяйственных пищевых материалов и/или пищевых добавок.
В одном варианте часть на основе зерна содержит мучнистый материал, и более конкретно, мучнистый материал, полученный из злаковых. Мучнистый материал содержит вышеперечисленные злаковые в форме муки грубого или тонкого помола, а также клубневые, такие как картофель, тапиока и т.п., и муку из них. Эти содержащие крахмал материалы можно обрабатывать без образования ненужной клейстеризации или без других нежелательных изменений. Измельчающее устройство, описанное выше, позволяет использовать сравнительно кратковременную низкотемпературную обработку, которая, как считается, способствует предотвращению трансформаций крахмала (т.е., клейстеризации) при обработке. Если основанная на зерне часть содержит выпеченное тесто, например хлебную основу, его не нужно готовить по особому рецепту и оно может содержать муку, воду, жир или шортенинг, сахар и другие стандартные ингредиенты теста. Для продуктов в форме сэндвичей с заполнителем хлебная основа может готовиться относительно более жесткой, чем заполнитель, хотя это не обязательно.
В одном варианте продукты с заполнителем собирают в линии по производству обработанных пищевых продуктов как цельные куски, или поломанные, и/или отбракованные их части. Эти материалы могут измельчаться в одноступенчатом процессе измельчения по варианту настоящего изобретения для получения гранулированного продукта пищевого качества, пригодного к повторному использованию. Например, гранулированный продукт, по существу, сохраняет оригинальную (т.е. до обработки) липидную и крахмалистую структуру, которая была в обработанном пищевом продукте после приготовления, поэтому он остается пригоден для производства свежих пищевых продуктов. Он может представлять, по меньшей мере частично, стабильную функциональную замену свежих ингредиентов теста, таких как мука (в хлебной основе), и/или ингредиентов заполнителя.
Пищевые продукты с заполнителем, пригодные для одноступенчатой переработки, могут содержать такие, которые произведены путем совместной экструзии тестообразной смеси с не являющимися тестом материалами заполнителя, содержащими липиды. Продукт совместной экструзии может быть получен с использованием соосной экструзионной головки или трубки, вставленной в отверстие экструзионной головки. Продукты с заполнителем можно также получать, транспортируя тестообразную смесь, полученную экструзией, на обычную глазирующую или обсыпающую машину для постэкструзионного заполнения заполнителем. Куски, полученные экструзией, можно подвергнуть ферментации и подрумяниванию. Их материалы, имеющие низкое содержание влаги и высокое содержание липидов, можно собирать во время обработки готовых пищевых продуктов.
К примерам заполнителей, содержащих липиды, которые могут присутствовать и перерабатываться, относятся кремовые заполнители со вкусом ванили, кремовые заполнители со вкусом шоколада, молочный шоколад, сыр, арахисовое масло, мята и пр. Заполняющим материалом также может быть производимая отдельно тестообразная смесь для производства имеющего разный вкус, разный цвет или разную текстуру печенья.
Заполненными продуктами могут быть, например, заполненное сыром или заполненное кремом печенье, крекеры, закуски и т.п. Заполненные продукты, которые могут перерабатываться, включают описанные в патентах США №№ 5,612,078; 5,374,438; 4,711,788; 5,015,466 и 5,000,968, которые включены в настоящее описание путем отсылки. Коммерческими примерами заполненных продуктов, которые можно перерабатывать, являются, например, слоистое печенье Nabisco OREO, слоистое печенье Nabisco NUTTER BUTTER, печенье Nabisco CIPS AHOY CREMEWICHES, сырные слоистые крекеры Nabisco CIPS AHOY COOKIE BARZ, Nabisco RITZ BITZ и слоистые крекеры с арахисовым маслом Nabisco RITZ BITZ и им подобные.
Гранулированный продукт, полученный одноступенчатой переработкой пищевых продуктов с заполнителем, может использоваться для замены свежих ингредиентов на линиях по производству пищевых продуктов, по существу, в неограниченном количестве. В некоторых вариантах гранулированный продукт, полученный из теста с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов, может использоваться в количестве от 0,1 вес.%, и более конкретно, от около 1 до 99 вес.%, вместо свежей муки в партии теста для хлебной основы или, альтернативно, в качестве липидсодержащего ингредиента.
Нижеследующие примеры предназначены для иллюстрации и не ограничивают настоящее изобретение. Все проценты являются процентами по весу, если не указано иное.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Слоистое печенье Nabisco OREO (содержание влаги 1,5-3,5%) подавалось в устройство WINDHEXE для измельчения в круговом вихревом воздушном потоке. Устройство WINDHEXE производится компанией Vortex Dehydration Systems, LLC, Hanover Maryland, USA. Описание устройства этого типа приведено в патентной публикации № 2002/0027173 А1, которая включена в настоящее описание путем отсылки. Перерабатывающее устройство имеет четыре впускных порта, разнесенных на равное расстояние вокруг верхней части устройства, сквозь которые одновременно подается поток сжатого воздуха в направлении против часовой стрелки.
o
о
3
3
Испытывалось устройство WINDHEXE диаметром 2 фута (0,609 м). Величина диаметра относится к размеру камеры кожуха, в которую подают сжатый воздух и обработанные пищевые продукты с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов. Условия этого эксперимента описаны ниже. Скорость подачи печенья с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов была задана так, чтобы на выходе получить около 3 фунтов (1,36 кг) твердого продукта в минуту и в устройство было введено приблизительно 20 фунтов (9,07 кг) пищевого материала. Обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов загружался в бункер, из которого непосредственно подавался на ленточный конвейер шириной 3 дюйма (76,2 мм), который питал устройство WINDHEXE. Испытания проводились на устройстве WINDHEXE диаметром 2 фута (0,609 м), в который подавался сжатый воздух с температурой 65F (18,3С), расход вводимого воздуха составлял 1000 футов/мин (28,3 м/мин), а давление - 20-35 фунтов на кв. дюйм (137,9-241,3 кПа).
Пищевой продукт, выходящий из устройства, имел форму тонко помолотого порошка. Этот гранулированный пищевой продукт начинал выгружаться со дна циклона приблизительно через 2 с после того, как обработанный пищевой продукт с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов начинал подаваться в перерабатывающее устройство. Полученный гранулированный пищевой продукт имел средний размер частиц 5-50 мкм и содержание влаги 1,5-3,5 вес%. Он был стабилен при хранении и хорошо сохранил вкус после процесса измельчения.
ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВТОРНО ИСПОЛЬЗОВАННОГО ПРОДУКТА
Были проведены исследования повторно использованного продукта для сравнения способности к обработке и сенсорных атрибутов печенья, обработанного с измельченным хлебным основанием, полученным из печенья, подвергшегося измельчению в циклоне как описано выше, с печеньем с таким же количеством переработанного хлебного основания, которое было получено механическим помолом слоистого печенья OREO до таких же размеров частиц. В тесте для исследуемого и эталонного печенья в состав теста входили 5 частей переработанного продукта на 100 частей хлебного основания. Для приготовления соответствующего теста соединяли сахар, горячую воду, какао, соль, вкусовые добавки и компонент из переработанной хлебной основы и смесь перемешивали в течение 4 минут, затем добавлялся жидкий растительный шортенинг с перемешиванием в течение 2 минут, после чего добавлялась мука и перемешивание продолжалось еще 6 минут. Тесто разрезалось на круглые порции и выпекалось. Полученное печенье, обработанное с переработанным продуктом, полученным по схеме по настоящему изобретению, было сравнимо в отношении обрабатываемости и сенсорных атрибутов с печеньем, полученным с механически перемолотым переработанным продуктом. Следует понимать, что переработанный продукт может использоваться для других линеек пищевых продуктов.
Полученный гранулированный продукт во время измельчения, по существу, не потерял вкуса или функциональности и был пригоден как съедобный ингредиент для приготовления пищевых продуктов. Гранулированный продукт также являлся стабильным при хранении порошком и был пригоден для повторного использования как ингредиент партии для производства таких же или других линеек продуктов.
Дополнительные исследования показали, что можно использовать изменения скорости подачи и температуры для управления процессом гранулирования и содержанием влаги продукта с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов.
Пример 2
о
о
3
3
Отдельные партии жареных зерен какао (содержание влаги 1,5-3,5 вес.%, содержание липидов 54%) и не жареных зерен какао (содержание влаги 1,5-3,5 вес.%, содержание липидов 54%) подавались в устройство WINDHEXE для измельчения в круговом вихревом воздушном потоке. Зернами какао обычно называют жареные какао-бобы, отделенные от оболочки и раздробленные на более мелкие кусочки. Однако, как отмечено выше, для этого примера была проведена отдельная операция, где зерна какао состояли из какао-бобов, не прошедших предварительную обжарку. Устройство WINDHEXE было таким же, как и основная конфигурация, описанная в примере 1. Испытывалось устройство WINDHEXE диаметром 3 фута (0,91 м). Величина диаметра относится к размеру камеры кожуха, в которую подают сжатый воздух и обработанные пищевые продукты с низким содержанием влаги и высоким содержанием липидов. Условия этого эксперимента описаны ниже. Скорость подачи зерен какао была задана так, чтобы на выходе получить около 3 фунта (1,36 кг) твердого продукта в минуту и в устройство было введено приблизительно 20 фунтов (9,07 кг) пищевого материала для каждой партии зерен какао. Зерна какао загружались в бункер, из которого шнековым питателем подавались в устройство WINDHEXE. Испытания проводились на устройстве WINDHEXE диаметром 3 фута (0,91 м), сжатый воздух подавался при температуре 65F (18,3С), расход вводимого воздуха составлял 1000 футов/мин (28,3 м/мин), а давление - 40-55 фунтов на кв. дюйм (275,8-379,2 кПа). Соответствующие потоки тонко измельченного продукта начинали выходить из устройства приблизительно через 2 с.
Гранулированный материал каждого тестового прогона собирался и просеивался по размеру частиц для определения распределения размеров частиц. Также просеивались партии не обжаренных и обжаренных зерен какао, не прошедших переработку в циклоне. Результаты просеивания показаны в таблице 1, в которой показан процент количества материала конкретной партии, который оставался на данной поверхности сита с указанным размером ячеек, т.е. частицы слишком большого размера.
Таблица 1
<b><i>Тип партии зерен какао</i></b>
<b><i>Размер просеиваемых частиц (мкм)</i></b>
+6300
+4000
+3150
+1000
+500
+250
+150
+125
+100
Необжаренные/необработанные
4,47
44,38
72,39
98,99
-
-
-
-
-
Необжаренные/обработанные в циклоне
-
-
-
0,08
29,17
76,29
98,56
99,58
99,69
Обжаренные/обработанные в циклоне
-
-
-
0,66
43,55
96,15
99,82
100
100
Результаты, приведенные в таблице 1, показывают, что обжаренные и необжаренные зерна какао были существенно измельчены обработкой в циклоне по сравнению с необработанным материалом. Соответствующие гранулированные продукты были стабильными при хранении и во время обработки хорошо сохранили сенсорные атрибуты, такие как вкус.
Хотя настоящее изобретение описано выше со ссылкой на конкретные варианты выполнения способа и продукта, следует понимать, что на настоящем описании могут быть основаны разнообразные модификации, изменения и адаптации, которые не выходят за пределы изобретательской концепции и объема изобретения, определенных прилагаемой формулой.