СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ ИЛИ ОХЛАЖДЕНИЯ ВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ
METHODS AND DEVICES FOR HEATING OR COOLING VISCOUS MATERIALS

Область техники
Изобретение в целом относится к способам и устройствам для нагревания и охлаждения вязких материалов, в частности, к способам и устройствам для приготовления пищевых продуктов из фаршевых эмульсий.
Уровень техники
В пищевой промышленности известны способы приготовления фаршевых эмульсий и пищи из таких эмульсий с использованием традиционных теплообменников с концентричными трубками. Фаршевые эмульсии широко используются в производстве продуктов, таких как болонская копченая колбаса, сосиски, различные колбасы, а также корма для домашних животных и т.п.
Традиционно продукты из фаршевой эмульсии приготавливают путем перемешивания, измельчения и превращения в эмульсию смеси мясного сырья, такого как нежирная костная говядина и свинина, мясные субпродукты, со льдом, солью, специями и смесью для посола. Полученная эмульсия содержит мелкие частицы жира, покрытые растворившимся белком из мясных ингредиентов. При производстве колбасных изделий полученную фаршевую эмульсию затем набивают в подходящую оболочку, которая служит формой для последующей обработки. Оболочку затем нагревают при температурах, например, от 55°C до 77°C, в течение продолжительных периодов времени, которые могут изменяться в пределах от 1 до 8 часов или более в зависимости от объема обрабатываемой фаршевой эмульсии.
Тепловая обработка фаршевой эмульсии вызывает коагуляцию и стабилизацию содержащегося в ней белка, что обеспечивает условия для вкрапления частиц жира в белковую матрицу с образованием плотного мясного эмульсионного продукта. Полученный мясной эмульсионный продукт представляет собой однородную гомогенную массу, которая не содержит дискретных частиц мяса и сохраняет форму оболочки при уплотнении.
В последние годы в рамках снижения стоимости для потребителей определенных мясных продуктов возникла потребность в мясных эмульсионных продуктах, которые по внешнему виду, текстуре и физической структуре напоминают крупные или мелкие куски натурального мяса, т.е. возникла потребность в аналогах или заменителях натурального мяса. Такие продукты используют в качестве частичной или полной замены более дорогостоящих кусков натурального мяса в пищевых продуктах, таких как блюда из тушеного мяса, закрытые пироги с мясной начинкой, запеканки из мяса, мясные консервы и корма для домашних животных.
Крупнокусковые мясные продукты весьма желательны для употребления в пищу для человека и в качестве корма домашних животных как по вкусовым, так и по потребительским качествам. Они представляют собой более дешевый продукт, который имитирует куски натурального мяса по форме, внешнему виду и текстуре. Крайне желательно, чтобы эти крупнокусковые продукты сохраняли свою форму, внешний вид и текстуру в ходе промышленных процессов укладки в тару и стерилизации в автоклаве.
Усилия, направленные на получение таких заменителей кусков натурального мяса, включают их производство из растительных источников белка, используя технологию экструзии с увеличением объема продукта. Такие продукты получили некоторое одобрение в пищевой промышленности, но их применение ограничивалось, главным образом, использованием в качестве мясных наполнителей. Продукты, производимые с использованием растительных источников белка методом экструзии с увеличением объема продукта, не обладают внешним видом и текстурой натурального мяса, и поэтому в большинстве случаев они непригодны для использования в качестве полноценных заменителей мяса.
Подобным образом, продукты из фаршевой эмульсии на основе мясного белка, приготовленные по традиционным технологиям, не являются полностью удовлетворительными. Они представляют собой однородную гомогенную массу и не имеют структуры, текстуры и внешнего вида кусков натурального мяса. Таким образом, эти продукты не подходят для использования в тех случаях, когда желательно использовать заменители кусков мяса.
Продукт из фаршевой эмульсии имеет форму отдельных крупных или мелких кусков, имеющих большое количество похожих на мясо слоев, прилегающих друг к другу, легко отделяемых вручную и похожих на куски натурального мяса по внешнему виду, текстуре и консистенции. Продукты из фаршевой эмульсии в виде крупных кусков являются подходящими для частичкой или полноценной замены более дорогостоящих кусков натурального мяса в пищевых продуктах для человека и кормах для домашних животных. Они сохраняют свою целостность и форму, когда их подвергают промышленным процессам укладки в тару и стерилизации, необходимым при производстве стерилизованных в автоклаве пищевых продуктов с высоким влагосодержанием.
Конструкции традиционных теплообменников с концентрическими трубами, используемых для охлаждения или нагревания вязких и/или волокнистых материалов, частично препятствуют прохождению продукта через теплообменник. Это препятствие может изменять свойства материалов, приводит к закупорке оборудования и снижению производительности. Вместе с тем для необходимого охлаждения продукта требуются трубы все большей длины. Однако использование теплообменников с большим числом труб приводит к повышению возможности закупоривания, неравномерности течения и низкой пропускной способности каналов между трубами.
Раскрытие изобретения
Изобретение в основном относится к устройствам для производства мясных эмульсионных продуктов, таким как теплообменники, и к способам использования таких устройств. Одним объектом изобретения является устройство, содержащее первую пластину, соединенную с ней вторую пластину, а также первую и вторую дистанционные прокладки, размещенные между первой и второй пластинами. Указанные первая пластина, вторая пластина, первая дистанционная прокладка и вторая дистанционная прокладка образуют по меньшей мер, один канал для пропускания продукта через устройство. Первая и/или вторая пластины обладают теплопередающей способностью. Например, первая и/или вторая пластины могут быть выполнены и размещены так, чтобы они обеспечивали нагревание или охлаждение продукта в канале (например, за счет теплопроводности или конвекции).
Первая и вторая пластины образуют зону с регулируемой температурой. Например, в первой и/или второй пластине выполнен канал, проходящий через участок этой пластины. В канале может циркулировать любая подходящая жидкость, которая охлаждает или нагревает зону с регулируемой температурой.
Первая и вторая пластины могут образовывать ряд зон с температурным регулированием. Например, первая пластина и/или вторая пластина содержат несколько отделенных друг от друга каналов, проходящих через отдельные участки первой пластины и/или второй пластины. В каналах может циркулировать жидкость, которая охлаждает или
Высота канала для прохождения продукта, образованного зазором между первой и второй пластинами, составляет приблизительно от 3 см до 15 см. Первая и вторая дистанционные прокладки могут быть выполнены с поперечным сечением Т-образной формы. Первая и вторая пластина могут быть уплотнены вдоль первой и второй дистанционных прокладок, чтобы теплообменник выдерживал действие давления в канале приблизительно от 50 фунт/кв. дюйм до 1500 фунт/кв. дюйм. Первая и вторая пластины могут быть соединены между собой с помощью любых подходящих средств, таких как, например, один или несколько винтов. Устройство может содержать первую торцовую плиту, образующую вход теплообменника, и вторую торцовую плиту, образующую выход теплообменника, которые прикреплены к противоположным торцам первой пластины и второй пластины.
Другим объектом изобретения является теплообменник, содержащий первую прижимную плиту с присоединенной к ней первой теплопередающей пластиной, вторую прижимную плиту с присоединенной к ней второй теплопередающей пластиной, причем вторая прижимная плита соединена с первой прижимной плитой, а также первую и вторую дистанционные прокладки, размещенные между первой и второй теплопередающими пластинами. Первая теплопередающая пластина, вторая теплопередающая пластина, первая дистанционная прокладка и вторая дистанционная прокладка образуют по меньшей мере один канал с регулируемой температурой, предназначенный для прохождения продукта через теплообменник.
В первой и/или второй теплопередающей пластине имеется канал, проходящий через участок этой теплопередающей пластины. В канале может циркулировать любая подходящая жидкость, которая охлаждает или нагревает зону с температурным регулированием.
Первая и вторая теплопередающие пластины могут образовывать несколько зон с регулируемой температурой. Например, первая и/или вторая теплопередающая пластина содержат несколько отделенных друг от друга каналов, проходящих через отдельные участки первой и/или второй теплопередающей пластины. Через каналы может циркулировать жидкость, которая охлаждает или нагревает образованные в теплообменнике зоны с регулированием температуры.
Величина зазора между первой и второй теплопередающими пластинами, образующего канал для продукта, может составлять приблизительно от 3 см до 15 см Первая и вторая дистанционные прокладки могут быть выполнены с сечением Т-образной формы. Первая и вторая теплопередающие пластины могут быть уплотнены вдоль первой и второй дистанционных прокладок, чтобы теплообменник выдерживал действие давления в канале приблизительно от 50 фунт/кв. дюйм до 1500 фунт/кв. дюйм.
Кроме того, теплообменник содержит первую торцовую плиту, образующую вход теплообменника, и вторую торцовую плиту, образующую выход теплообменника. Указанные первая и вторая торцовые плиты прикреплены к противоположным торцам первой и второй прижимных плит. Теплообменник также может содержать одну или несколько переходных уплотнительных прокладок, которые присоединены к входу теплообменника и обеспечивают переход от входного отверстия теплообменника в канал, образованный между пластинами. Первая и вторая прижимные плиты могут быть соединены друг с другом с помощью любых подходящих средств, таких как, например, один или несколько винтов, болтов или зажимных элементов.
Еще одним объектом изобретения является способ производства пищевого продукта. Способ включает в себя ввод пищевого продукта в теплообменник и воздействие на продукт высоким давлением. Теплообменник содержит первую пластину, соединенную с ней вторую пластину, а также первую и вторую дистанционные прокладки, размещенные между первой и второй пластинами. Указанные первая пластина, вторая пластина, первая дистанционная прокладка и вторая дистанционная прокладка образуют по меньшей мере один канал с регулируемой температурой, предназначенный для прохода продукта через теплообменник.
Способ включает регулирование температуры теплообменника за счет пропускания жидкости через по меньшей мере один канал, имеющийся в части по меньшей мере одной из пластин. Например, первая и вторая пластина могут образовать ряд отдельных зон с регулируемой температурой. Температуры отдельных зон с регулируемой температурой можно регулировать за счет пропускания жидкости через несколько отдельных каналов, проходящих через отдельные участки первой и второй пластин.
Еще одним объектом изобретения является способ производства продукта из фаршевой эмульсии. Способ включает формирование фаршевой эмульсии, содержащей белок и жир, измельчение и нагревание фаршевой эмульсии, ввод фаршевой эмульсии в теплообменник и воздействие не нее давлением не менее 70 фунт/кв. дюйм. Теплообменник содержит первую пластину, соединенную с ней вторую пластину, а также первую и вторую дистанционные прокладки, размещенные между первой и второй пластинами. Указанные первая пластина, вторая пластина, первая дистанционная прокладка и вторая дистанционная прокладка образуют по меньшей мере один канал с регулируемой температурой, предназначенный для пропускания фаршевой эмульсии через теплообменник. После обработки фаршевую эмульсию выводят из теплообменника.
Дополнительно способ может включать в себя стерилизацию в автоклаве удаленного из теплообменника продукта из фаршевой эмульсии. В другом варианте способ дополнительно может включать в себя сушку или обжаривания удаленной из теплообменника фаршевой эмульсии и формирование из нее крупных кусков.
Одним преимуществом настоящего изобретения является создание усовершенствованного теплообменника.
Другим преимуществом изобретения является создание более эффективного устройства для приготовления продукта из фаршевой эмульсии.
Еще одним преимуществом изобретения является разработка более эффективного способа приготовления продукта из фаршевой эмульсии.
Дополнительные особенности и преимущества изобретения будут понятны из дальнейшего подробного описания со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан теплообменник согласно одному из вариантов осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 2 - разрез по II-II на фиг. 1;
на фиг. 3 - теплообменник, показанный на фиг. 1, вид с пространственным разделением элементов;
на фиг. 4 - схема технологического процесса производства продукта из фаршевой эмульсии с использованием оборудования согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к способам и устройствам, подходящим для нагревания или охлаждения вязких материалов, в частности, предназначенным для производства пищевых продуктов из фаршевой эмульсии. Более конкретно, одним объектом изобретения является пластинчатый теплообменник высокого давления, подходящий для производства мясных эмульсионных продуктов. Например, теплообменник позволяет использовать более высокие давления и увеличить выход продукта. Кроме того, теплообменник может быть выполнен так, чтобы минимизировать или исключить препятствия для прохождения через теплообменник продукта, что исключает закупоривание каналов в теплообменнике или уменьшает степень такого закупоривания.
В соответствии с основным вариантом осуществления изобретения, показанным на фиг. 1-3, устройство содержит теплообменник 10, содержащий первую прижимную плиту 20 с прикрепленной к ней первой теплопередающей пластиной 22 и вторую прижимную плиту 30 с прикрепленной к ней второй теплопередающей пластиной 32. При этом вторая прижимная плита соединена с первой прижимной плитой. Кроме того, теплообменник 10 содержит первую дистанционную прокладку 40 и вторую дистанционную прокладку 42, размещенные между первой и второй теплопередающими пластинами 20 и 30. Первая теплопередающая пластина 22, вторая теплопередающая пластина 32, первая дистанционная прокладка 40 и вторая дистанционная прокладка 42 образуют по меньшей мере один канал 50 с регулируемой температурой, предназначенный для прохождения продукта через теплообменник 10.
Прижимные плиты 20 и 30, теплопередающие пластины 22 и 32 и дистанционные прокладки 40 и 42 могут быть изготовлены из любого подходящего материала, соответствующего задачам, решаемым изобретением. Например, прижимные плиты 20 и 30 могут быть выполнены из стали или другого материала, способного выдерживать напряжения, обусловленные повышенными давлениями и/или температурами. Теплопередающие пластины 22 и 32 могут быть выполнены из стали или другого материала, способного выдерживать напряжения, обусловленные повышенными давлениями и/или температурами. Дистанционные прокладки 40 и 42 также могут быть выполнены из стали или другого материала, способного выдерживать напряжения, связанные с повышенными давлениями и/или температурами.
В первой теплопередающей пластине 22 и/или во второй теплообменной пластине 32 выполнен канал 60, проходящий через какой-либо участок первой теплопередающей пластины 22 и/или второй теплопередающей пластины 32. Например, канал 60 может быть выполнен и расположен так, чтобы он проходил через такое количество теплообменных пластин, какое необходимо для воздействия на изменение температуры этих пластин. Кроме того, канал 60 может содержать входную и выходную части для циркуляции через этот канал жидкости, что способствует нагреванию или охлаждению продукта, который перемещается через теплообменник 10.
Для охлаждения или нагревания зоны с регулируемой температурой теплообменника 10 может быть использована любая подходящая жидкость (например, вода) или газ при любой желаемой температуре. За счет регулирования температуры первой теплопередающей пластины 22 и/или второй теплопередающей пластины 32, теплообменник может охлаждать или нагревать продукт с одной или с обеих сторон, повышая тем самым эффективность передачи тепла при нагревании или охлаждении. В качестве альтернативы или в дополнение к описанному выше первая теплопередающая пластина 22 и/или вторая теплопередающая пластина 32 могут использовать любые другие подходящие средства охлаждения или нагревания, известные специалистам в данной области техники.
Как показано на фиг. 1, первая теплопередающая пластина 22 и вторая теплопередающая пластина 32 могут также образовывать ряд зон А-С с регулируемой температурой. Например, первая теплопередающая пластина 22 и/или вторая теплопередающая пластина 32 содержат несколько отдельных каналов 60, 70 и 80, проходящих через отдельные участки первой теплопередающей пластины 22 и/или второй теплопередающей пластины 32, которые образуют зоны А-С с регулируемой температурой. В каналах 60, 70 и 80 может циркулировать жидкость или газ, который охлаждает или нагревает зоны А-С с регулируемой температурой теплообменника 10.
В каждой из зон А-С с регулируемой температурой может поддерживаться определенная температура, например, за счет регулирования температуры и расхода отдельной жидкости или газа, циркулирующего через каналы 60, 70 и 80. Температурные зоны могут быть приспособлены для увеличения или уменьшения температуры по мере прохождения продукта через теплообменник. Например, в процессе охлаждения фаршевой эмульсии в температурных зонах могут быть установлены режимы для последовательного охлаждения пищевого продукта при его перемещении через теплообменник от одной зоны к другой. Хотя на фиг. 1 показаны три зоны регулируемой температуры, зон с регулируемой температурой в теплообменнике 10 может быть образовано любое подходящее количество. Кроме того, при необходимости может быть последовательно установлено два или больше теплообменников, соответствующих изобретению, для создания дополнительных зон нагревания или охлаждения.
Как показано на фиг. 2, зазор между первой и второй теплопередающими пластинами 22 и 32 образует канал 50. Указанный зазор может иметь любую подходящую высоту. В частности, высота зазора может составлять приблизительно от 3 см до 15 см. Кроме того, как показано на фиг. 2, дистанционные прокладки 40 и 42 в сечении имеют Т-образную форму. Следует отметить, что указанные дистанционные прокладки могут иметь любую подходящую форму, например, обеспечивающую образование проходного канала между первой и второй теплопередающими пластинами 20 и 30. Расстояние между теплопередающими пластинами 22 и 32 и, следовательно, размер зон охлаждения/нагревания можно регулировать за счет изменения размера дистанционных прокладок 40 и 42.
Первая и вторая теплопередающие пластины 22 и 32 вдоль первой и второй дистанционных прокладок могут быть уплотнены любым подходящим способом, чтобы теплообменник выдерживал давление, необходимое для обработки продукта по мере его прохождения через устройство, например, в пределах приблизительно от 50 фунт/кв. дюйм до 1500 фунт/кв. дюйм. Это предотвращает возможность утечки продуктов из канала теплообменника при его прохождении через этот теплообменник (через неплотности, например, под действием высокого давления внутри канала). Например, как показано на фиг. 3, вдоль дистанционных прокладок 40 и 42 могут быть размещены одна или несколько длинных уплотнительных прокладок 90, обеспечивающих уплотнение. Предпочтительно теплообменник может быть уплотнен так, чтобы он выдерживал избыточные давления приблизительно от 50 фунт/кв. дюйм до 1500 фунт/кв. дюйм и обрабатывал продукты с высокой вязкостью, например, равной 100000 сантипуаз.
Как показано на фиг. 3, теплообменник 10 содержит также первую торцовую плиту 100, образующую вход, и вторую торцовую плиту 110, образующую выход. Первая и вторая торцовые плиты 100 и 110 могут быть прикреплены к противоположным торцам первой и второй прижимных плит 20 и 30, соответственно Первая торцовая плита 100 и/или вторая торцовая плита 110 могут быть также использованы для соединения двух или нескольких теплообменников 10 друг с другом последовательно, как было указано выше. Например, два или несколько теплообменников 10 могут быть объединены за счет присоединения первой торцовой плиты одного теплообменника ко второй торцовой плите другого теплообменника.
Теплообменник 10 может также содержать одну или несколько переходных уплотнительных прокладок 120, присоединенных к входу теплообменника 10, которые проходят от входного отверстия этого входа в канал, образованный теплопередающими пластинами 22 и 32. Переходные уплотнительные прокладки 120 могут обеспечить, например, по существу плавный переход (например, за счет уменьшения размера отверстия) при входе продукта в зоны с регулируемой температурой теплообменника из предшествующего устройства или трубопровода.
Первая и вторая прижимные плиты 20 и 30 могут быть соединены между собой и удерживаться в соединенном состоянии с помощью любых подходящих средств и в любом подходящем положении. Например, прижимные плиты 20 и 30 могут удерживаться в соединенном состоянии с помощью одного или нескольких болтов, винтов и/или зажимных элементов 130, которые проходят сквозь участки плит, как показано на фиг. 1 и 2.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения устройство содержит первую пластину, присоединенную к ней вторую пластину, а также первую и вторую дистанционные прокладки, размещенные между первой и второй пластинами. Первая пластина, вторая пластина, первая дистанционная прокладка и вторая дистанционная прокладка образуют по меньшей мере один канал для прохождения продукта через теплообменник. Каждая из первой и второй пластин может функционировать в качестве теплопередающих пластин и прижимных плит.
В данном варианте первая и вторая пластины образуют зону с регулируемой температурой. Первая пластина и/или вторая пластина обладают теплопередающими способностями. Соответственно, первая пластина и/или вторая пластина могут быть выполнены и размещены с возможностью передачи тепла или холода (например, посредством теплопроводности или конвекции) продукту или от продукта, транспортируемого через канал. Кроме того, в первой пластине и/или второй пластине имеется канал, проходящий через какой-либо участок первой пластины и/или второй пластины, через который протекает охлаждающая или нагревающая жидкость. В качестве альтернативы или дополнительно первая пластина и/или вторая пластина могут использовать любые другие подходящие средства нагревания или охлаждения, известные специалистам в данной области техники.
Первая пластина и/или вторая пластина могут также образовать несколько зон с регулируемой температурой, используя несколько отдельных каналов, проходящих через отдельные участки первой пластины и/или второй пластины. В каналах может циркулировать любая подходящая жидкость или газ, который нагревает или охлаждает зоны с регулируемой температурой.
Канал может быть образован зазором между первой и второй пластинами, высота которого, например, составляет приблизительно от 3 см до 15 см. Первая и вторая дистанционные прокладки могут иметь Т-образную форму в сечении. Первая и вторая пластины могут быть уплотнены вдоль первой и второй дистанционных прокладок, чтобы теплообменник выдерживал внутреннее давление в канале в интервале приблизительно от 50 фунт/кв. дюйм до 1500 фунт/кв. дюйм. Первая и вторая пластины могут быть соединены друг с другом с помощью любых подходящих средств, например, посредством одного или нескольких болтов, винтов и/или зажимных элементов. Устройство также может содержать первую торцовую плиту, образующую вход, и вторую торцовую плиту, образующую выход, которые прикреплены к противоположным торцам первой и второй пластин.
Изобретение также относится к способу производства пищевого продукта, который включает в себя ввод фаршевой эмульсии в теплообменник и воздействие на нее давлением. Теплообменник содержит соединенные между собой первую и вторую пластины, а также первую и вторую дистанционные прокладки, размещенные между первой и второй пластинами. Первая пластина, вторая пластина, первая дистанционная прокладка и вторая дистанционная прокладка образуют по меньшей мере один канал с регулируемой температурой для пропускания через теплообменник фаршевой эмульсии.
Способ дополнительно включает в себя регулирование температуры теплообменника посредством циркуляции жидкости через по меньшей мере один канал, выполненный на участке по меньшей мере одной из пластин. Например, первая и вторая пластины могут образовать ряд отдельных зон с регулируемой температурой. Температуры отдельных зон с регулируемой температурой можно регулировать за счет циркуляции жидкости через ряд отдельных каналов, проходящих через отдельные участки первой и второй пластин.
На фиг. 4 показана структурная схема, иллюстрирующая в общем виде стадии технологического процесса производства фаршевого эмульсионного продукта с использованием теплообменника, соответствующего настоящему изобретению. Способ производства пищевого продукта включает в себя формирование фаршевой эмульсии, содержащей белок и жир, измельчение и нагревание ее, ввод фаршевой эмульсии в теплообменник и воздействие на нее давления не менее 50 фунт/кв. дюйм. Теплообменник содержит первую пластину, присоединенную к ней вторую пластину, а также первую и вторую дистанционные прокладки, размещенные между первой и второй пластинами. Первая пластина, вторая пластина, первая дистанционная прокладка и вторая дистанционная прокладка образуют по меньшей мере один канал с регулируемой температурой для прохождения через теплообменник фаршевой эмульсии. Нагретую фаршевую эмульсию затем выгружают из теплообменника.
Способ дополнительно может включать в себя упаковку и стерилизацию в автоклаве выгруженного из теплообменника продукта из фаршевой эмульсии. Дополнительно способ может включать в себя сушку и обжарку выгруженной фаршевой эмульсии и формирование из нее крупнокускового продукта.
Указанный теплообменник может применяться при производстве любого продукта, в котором используется теплообменник. С использованием способов и устройств, соответствующих изобретению, могут быть обработаны различные вязкие материалы, такие как пластмассы, кондитерские изделия, тестообразные массы, полимеры, эмульсии и пасты. Предпочтительно теплообменник может быть использован при производстве пищевых продуктов и/или продуктов из фаршевой эмульсии для потребления человеком и домашними животными. Продукты из фаршевой эмульсии могут имитировать любой тип мясных продуктов, включая искусственное мясо из растительного протеина, домашнюю птицу, говядину, свинину и рыбу.
Обычно продукты из фаршевой эмульсии могут быть произведены путем эмульгирования мяса, белка, воды и различных ингредиентов. Полученную указанным образом эмульсию затем пропускают через высокоскоростной эмульсионный измельчитель, в котором эмульсия быстро нагревается и превращается термическим путем в гель. Нагретую эмульсию затем выгружают в теплообменник, соответствующий настоящему изобретению, в котором она стабилизируется и превращается в слоистую с прожилками структуру подобную структуре мяса.
В соответствии с приведенным ниже подробным описанием технологического процесса может быть получен продукт из фаршевой эмульсии, который демонстрирует улучшенную волокнистость (имеются видимые волокна небольшого диаметра), что придает продукту внешний вид, весьма реалистично имитирующий мясо. При этом продукт из фаршевой эмульсии содержит пряди или пучки волокон, которые придают фаршевой эмульсии весьма реалистичный внешний вид мышечного мяса. Представляется, что продукт, полученный в соответствии с настоящим изобретением из фаршевой эмульсии на основе мяса домашней птицы будет иметь внешний вид нежного долго варившегося куриного мяса или мяса индейки ручной обвалки в собственном бульоне и соку. В соответствии с изобретением дополнительно получают продукт из фаршевой эмульсии, который имеет нестандартные форму и размеры, обладает более сильно выраженными запахом и вкусовыми ощущениями по сравнению с продуктами, полученными в соответствии с известными способами, при этом полученный продукт не является ни пастообразным, ни кашицеобразным или ломким.
При приготовлении продукта из фаршевой эмульсии в соответствии со способом согласно изобретению составляют смесь из натурального сырья, включающего в себя мясо млекопитающих, рыбы или домашней птицы и/или мясные субпродукты, обладающие необходимыми качествами, стоимостью и имеющие приятный вкус. Полученную смесь измельчают и превращают в эмульсию. Используемое мясо и/или мясные субпродукты могут быть выбраны из широкого ассортимента компонентов, при этом тип и количество материала, содержащего мясо, используемого при составлении смеси, выбирают исходя из ряда факторов, таких как предполагаемое использование продукта, желаемый запах продукта, вкусовые качества, стоимость, доступность ингредиентов, и т.п. В качестве мясного сырья может быть использовано мясо (т.е. скелетные и нескелетные мышцы) различных млекопитающих, домашней птицы и рыбы и/или мясные субпродукты (т.е. не указанные выше извлеченные из животных, домашней птицы и рыбы обработанные части, отличающиеся от мяса). Таким образом, используемый здесь термин «мясное сырье» следует понимать, как относящийся к необезвоженным мясу и/или мясным субпродуктам, включая замороженные материалы.
Если продукт предназначен для потребления человеком, то для его приготовления может быть использован любой из видов мяса или мясных субпродуктов, используемых при производстве традиционных продуктов из фаршевой эмульсии, включая, например, целые говяжьи и бараньи туши, вырезку из постной свинины, говяжьи голяшки, телятину, говядину, говяжью и свиную щековину и мясные субпродукты, такие как губы, рубец, сердце и языки. Если продукт предназначен для использования в качестве корма для домашних животных, мясная смесь может в дополнение к указанному выше мясному сырью содержать любые из мясных субпродуктов, одобренных для применения в составе кормов для животных, такие как говядина, мясо птицы или рыбы механической обвалки, а также говяжьи или свиные легкие, печень, почки и тому подобное. Обычно смесь из мясного сырья подбирают таким образом, чтобы содержание в ней жира составляло максимум приблизительно 15 мас.% и предпочтительно менее чем приблизительно 10 мас.%.
Добавки, которые используют в традиционных продуктах из фаршевой эмульсии, могут быть смешаны с мясным сырьем и включены в состав фаршевой эмульсии в соответствии с изобретением. Такими добавками являются пищевая соль, специи, пряности, сахар и т.п. в количестве, достаточном для получения продукта с желаемыми вкусовыми качествами. Кроме того, в фаршевую эмульсию могут быть добавлены незначительные количества других сухих ингредиентов, таких как функциональные ингредиенты, в том числе витамины, антиоксиданты, предбиотики, минералы, вкусоароматические добавки и т.п.
Для повышения стабильности и связанности эмульсии, придания приятного вкуса и запаха и снижения стоимости фаршевая эмульсия может также содержать один или несколько сухих белковых материалов, таких как, например, пшеничная клейковина, соевая мука, соевобелковый концентрат, соевобелковый изолят, яичный альбумин и сухое обезжиренное молоко. Включение сухих белковых веществ в фаршевую эмульсию особенно предпочтительно при производстве продукта, предназначенного для использования в качестве корма для домашних животных. Сухой белковый материал позволяет предприятию-изготовителю продукта использовать мясное сырье, в котором отношение белка к жиру, и отношение миозина к общему белку могут отличаться от предельно допустимых величин для использования при приготовлении продуктов из фаршевой эмульсии. Если в состав фаршевой эмульсии включен сухой белковый материал, его количество в пересчете на массу эмульсии может изменяться в пределах от приблизительно 5 мас.% до приблизительно 35 мас.% в зависимости от таких факторов, как назначение продукта, качество мясного сырья, используемого в составе эмульсии, стоимость ингредиентов и т.п. Предпочтительно содержание сухого белкового материала находится в интервале от приблизительно 25 мас.% до приблизительно 35 мас.%. Обычно при увеличении в используемом мясном сырье содержания жира и/или влаги соответствующим образом повышается и содержание сухого белкового материала в фаршевой эмульсии.
Хотя состав фаршевой эмульсии может варьироваться в широких пределах, соотношение белка и жира в эмульсии, содержащей сухой белковый материал, должно быть достаточным для образования при коагуляции белка из фаршевой эмульсии плотного мясного эмульсионного продукта без признаков нестабильности. Кроме того, содержание белка в эмульсии должно быть таким, чтобы при ее нагревании до температуры выше температуры кипения воды была возможной коагуляция эмульсии и образование плотного фаршевого продукта за короткий промежуток времени после нагревания до указанной температуры, т.е. в пределах приблизительно 5 минут, а предпочтительно - в пределах 3 минут. Таким образом, мясное сырье и добавки, включающие сухой белковый материал (если таковой используется), смешивают в таких пропорциях, чтобы мясное сырье в фаршевой эмульсии составляло от приблизительно 50 мас.% до приблизительно 75 мас.%, а предпочтительно - от приблизительно от 60 мас.% до приблизительно 70 мас.% в пересчете на массу эмульсии. Предпочтительно исходные ингредиенты для фаршевой эмульсии содержат белок в количестве, соответствующем приблизительно от 29 до 31 мас.%, а жир - от приблизительно 4 до приблизительно 6 мас.%. Продукт, полученный из фаршевой эмульсии, должен иметь по существу подобные характеристики по отношению к характеристикам исходных ингредиентов. Однако если в продукт добавляют соус или бульон, эти характеристики могут изменяться за счет содержания в соусе/бульоне влаги, белка и/или жира.
Кроме того, фаршевая эмульсия должна быть составлена так, чтобы она содержала влагу в количестве от приблизительно 45 мас.% до приблизительно 80 мас.% в пересчете на массу фаршевой эмульсии, т.е. на массу мясных материалов и добавок, при этом содержание влаги в фаршевой эмульсии предпочтительно регулируют от приблизительно 49 мас.% до приблизительно 53 мас.%. Точная концентрация воды в эмульсии будет, конечно, зависеть от количества белка и жира в эмульсии.
Выбранное для использования смешанное мясное сырье пропускают через волчок для измельчения мясного сырья на кусочки по существу одинакового размера. Обычно предпочтительно пропускать мясо через волчок, содержащий решетку с размером отверстий не более 1 см. Хотя удовлетворительные результаты могут быть получены и при измельчении мяса до частиц размером более 1 см, использование кусочков мяса большего размера, как правило, не является предпочтительным выбором. Если выбранное для использования мясное сырье находится в замороженном состоянии, то сначала его следует предварительно разбить или разрубить на куски, чтобы уменьшить размер направляемых в волчок кусков. Хотя размер кусков будет зависеть от размера входного отверстия волчка, как правило, замороженное мясное сырье разрубают на куски с площадью поверхности около 10 см.
После измельчения смесь частиц мяса транспортируют в смесительную емкость, в которой смесь перемешивают до однородного состояния. Предпочтительно смесь нагревают до температуры от приблизительно 1°C до приблизительно 7°C, например, путем заключения емкости в кожух с водой, инжектирования пара и тому подобного для облегчения нагнетания мясной смеси. Однородную смесь частиц измельченного мяса затем подвергают тонкому измельчению в условиях, которые способствуют эмульгированию и образованию фаршевой мясной эмульсии, в которой белок и вода в мясной смеси образуют матрицу, которая обволакивает жировые шарики. Мясной материал может эмульгироваться с помощью любого традиционного способа и с применением традиционного оборудования, обычно используемого при приготовлении фаршевой эмульсии, например, с использованием смесителя, мешалки, волчка, бесшумного куттера, эмульситатора и тому подобного оборудования, которое способно разрушать жир и диспергировать его в виде шариков в белковой суспензии с образованием эмульсии.
Обычно температура фаршевой эмульсии при проведении процесса эмульгирования увеличивается. Это нагревание фаршевой эмульсии не вызывает опасений, пока температура не повышается до точки, с которой начинается денатурирование белка и происходит на этой стадии процесса с нежелательной скоростью. Температуру мясной смеси во время эмульгирования необходимо поддерживать на уровне, не превышающем приблизительно 49°C, для минимизации денатурирования белка на этой стадии процесса. Предпочтительно мясной материал пропускают через эмульситатор для его эмульгирования с одновременным нагреванием образующейся эмульсии до температуры от приблизительно 10°C до приблизительно 49°C, а предпочтительно - от приблизительно от 21°C до приблизительно 38°C.
Добавки, подлежащие введению в фаршевую эмульсию, включая сухой белковый материал (если таковой используется), могут быть добавлены в мясную смесь перед ее эмульгированием. В качестве альтернативы, во многих случаях предпочтительно вводить в мясную смесь добавки, в особенности сухой белковый материал, после эмульгирования мяса. Поскольку добавление сухого белкового материала приводит к повышению вязкости эмульсии, более эффективное эмульгирование достигается в том случае, если мясная смесь эмульгируется еще до добавления сухого белкового материала, вызывающего образование вязкого мясного «теста».
Полученное мясное эмульсионное «тесто» вновь может быть измельчено для повышения тонкости эмульсии и быстро нагрето до температуры выше температуры кипения воды. При этой температуре коагуляция белка в эмульсии происходит настолько быстро, что эмульсия уплотняется и образует плотный эмульсионный продукт в течение очень короткого периода времени, например, в течение 20 секунд или менее.
Установлено, что быстрый нагрев вязкой фаршевой эмульсии до температуры выше температуры кипения воды - в большинстве случаев от приблизительно 120°C до приблизительно 163°C, и предпочтительно от приблизительно 140°C до приблизительно 154°C - приводит к тому, что коагулирующий в эмульсии белок вызывает уплотнение эмульсии и приводит к образованию плотного эмульсионного продукта в течение приблизительно 5 минут, как правило, в пределах от нескольких секунд до приблизительно 3 минут после нагревания. На этой стадии процесса эмульсия находится под давлением приблизительно от 100 фунт/кв. дюйм до 500 фунт/кв. дюйм, а предпочтительно - от 200 фунт/кв. дюйм до 350 фунт/кв. дюйм. Высокая температура, наряду с повышенным давлением, обеспечивает формирование волокон в продукте. Неожиданно было обнаружено, что чем выше температура продукта и давление, тем лучше идет формирование волокон (имеется в виду линейное выравнивание при наличии более мелких удлиненных волокон).
Предпочтительно эмульсию обрабатывают в оборудовании, в котором она нагревается до указанных повышенных температур с одновременным ее измельчением, например, за счет механического нагрева и/или инжекции пара. Предпочтительно вязкая фаршевая эмульсия с температурой приблизительно от 30°C до 40°C прокачивается через эмульситатор, в котором она подвергается действию усилий сдвига для увеличения тонкости эмульсии и фактически одновременно нагревается до температуры приблизительно от 120°C до 163°C, предпочтительно от 140°C до 154°C, за счет быстрого механического нагревания и/или инжекции пара. При этом эмульсия нагревается до указанных повышенных температур предпочтительно за период времени, не превышающий 60 секунд.
Если нагревание эмульсии до такой высокой температуры осуществлялось указанным образом, то в дальнейшем не следует подвергать ее действию значительных усилий сдвига и разрезанию. Регулирование температуры эмульсии в пределах требуемого диапазона может осуществляться путем регулирования таких параметров, как скорость подачи материала в эмульситатор, скорость вращения эмульситатора и т.п. Такое регулирование хорошо известно специалистам в данной области техники.
Нагретую фаршевую эмульсию температурой выше температуры кипения воды, предпочтительно в интервале приблизительно от 120°C до 163°C, а более предпочтительно - приблизительно от 140°C до 154°C, подают с помощью объемного насоса, например, шестеренчатого или лопастного, в теплообменник. Продукт подают в теплообменник насосом под высоким давлением, составляющим приблизительно от 80 фунт/кв. дюйм до 1500 фунт/кв. дюйм, предпочтительно - приблизительно от 150 фунт/кв. дюйм до 450 фунт/кв. дюйм, а наиболее предпочтительно - приблизительно от 200 фунт/кв. дюйм до 350 фунт/кв. дюйм.
При таких высоких давлениях процесс осуществляется при верхнем предельном давлении, на которое рассчитан эмульситатор, или при давлении близком к предельному. По этой причине шестеренчатый насос (предельное давление от 1500 фунт/кв. дюйм до свыше 2500 фунт/кв. дюйм) предпочтительно размещают в замкнутом контуре сразу за эмульситатором. Это позволяет использовать эмульситатор для создания высокой температуры без создания высокого давления. Давление будет повышаться после шестеренчатого насоса. В результате давление в корпусе эмульситатора может быть понижено до 60-100 фунт/кв. дюйм.
Эмульсия удерживается в теплообменнике при давлении, превышающем давление паров эмульсии, до тех пор, пока коагуляция белка не достигнет уровня, достаточного для уплотнения эмульсии с образованием плотного эмульсионного продукта, который сохраняет свою форму и структуру при выгрузке из теплообменника. При такой повышенной температуре коагуляция белка происходит с достаточно высокой скоростью.
Хотя период времени, необходимый для достаточного уплотнения нагретой эмульсии и образования плотного продукта, будет зависеть от ряда факторов, таких как температура, до которой нагревается эмульсия, и от количества и типа белка в эмульсии, время выдержки эмульсии в теплообменнике, составляющее от нескольких секунд до приблизительно 3 минут, и обычно приблизительно от 1 до 1,5 минут, является, как правило, достаточным для надлежащей коагуляции и образования плотного эмульсионного продукта, который будет сохранять свои форму, целостность и физические характеристики. Время выдержки эмульсии в теплообменнике можно регулировать путем регулирования расхода эмульсии, подводимой к теплообменнику и/или за счет изменения длины теплообменника.
Конструкция теплообменника в различных вариантах осуществления изобретения способствует созданию волокнистой структуры продукта. Кроме того, на формирование волокнистой структуры оказывают влияние расход продукта и воздействие на продукт различного давления. Предпочтительно теплообменник выполнен с охлаждением. Это позволяет охлаждать продукт по мере его продавливания через теплообменник.
Теплообменник согласно изобретению предпочтительно имеет конструкцию, способствующую эффективному охлаждению или нагреванию сердцевины продукта. Охлаждение повышает стабильность процесса и, подобно уменьшению поперечного сечения, может увеличить четкость и выравнивание волокон за счет изменений вязкости и скорости прохождения продукта. Уплотненные куски фаршевой эмульсии, выгружаемые из теплообменника, имеют форму длинных полос продукта с температурой приблизительно от 65°C до 100°C и влагосодержанием приблизительно от 47% до 60%, при этом размер кусков изменяется. Сразу после выгрузки куски продукта быстро охлаждаются за счет испарительного охлаждения до температуры в от 60°C до 93°C. При необходимости на разгрузочном конце теплообменника может быть установлено подходящее режущее устройство, например, вращающийся отсекающий нож, водоструйное режущее устройство, режущая решетка или тому подобное устройство, предназначенное для разрезания продукта на куски требуемого размера, например, приблизительно от 150 мм до 350 мм. При необходимости для более быстрого охлаждения продукт может быть разрезан по центру. Крупные куски фаршевой эмульсии демонстрируют отличную целостность и прочность, удерживают свою форму и характеристики волокнистости, когда их подвергают расфасовке в тару и стерилизации в автоклаве, традиционно производимых при производстве консервированных продуктов, имеющих высокое влагосодержание.
Для улучшения волокнистого рисунка продукта перед изменением размеров конечного продукта и нарезки в виде кубиков можно использовать комплект компрессионных валков, который состоит из двух удлиненных, легко входящих в зубчатое зацепление друг с другом цилиндров (валков), вращающихся с одинаковой скоростью. Продукт, выходящий из теплообменника, попадает в узкий регулируемый зазор между вращающимися валками, которые разгруппировывают или частично разделяют или разрывают волокна. Как было установлено, такое неполное дробление волокнистых материалов способствует образованию линейных волокон.
Куски фаршевой мясной эмульсии, выгруженные из теплообменника, могут быть нарезаны кубиками и транспортированы в сушилку для удаления из них большой части влаги, и высушенный продукт накапливается и хранится. Снижение влагосодержания может также осуществляться путем воздействия на куски сухого тепла, чтобы полученные куски продукта, хотя и обладающие волокнистостью, приобрели внешний вид крупнокускового продукта. Сухое тепло создаваться обжариванием, запеканием, обжаркой в гриле или обжаркой в жире продукта. Предпочтительно оно создается сверхбыстрой обжаркой в жире, продолжительность которой, как правило, не превышает одной минуты и предпочтительно составляет от 15 до 35 секунд при температуре жира от 150°C до 200°C.
В качестве альтернативы, при производстве «влажного» продукта куски фаршевой эмульсии могут быть транспортированы из теплообменника непосредственно на проведение операции укладки в тару, в ходе которой крупные куски укладывают в банки вместе с другими ингредиентами (например, соус, подлива и тому подобное), и банки подвергают стерилизации в автоклаве.
Например, в производстве консервированных кормов для домашних животных подходящая подлива может быть приготовлена путем нагревания смеси из воды, крахмала и приправ. Крупные куски фаршевой эмульсии укладывают в консервные банки вместе с подливой в желаемых пропорциях, при этом банки герметизируют и затем подвергают стерилизации в автоклаве при температурно-временных режимах, достаточных для обеспечения промышленной стерилизации. Могут применяться традиционные способы автоклавирования. Обычно температура автоклавирования приблизительно от 118°C до 121°C при продолжительности автоклавирования приблизительно от 40 до 90 минут дает удовлетворительные результаты в производстве промышленно стерильного продукта.
Следует понимать, что для специалистов в данной области техники очевидны различные изменения и модификации описанных выше предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Эти изменения и модификации могут быть осуществлены без выхода за пределы сущности и объема настоящего изобретения и без умаления предполагаемых преимуществ изобретения. Подразумевается, что такие изменения и модификации охватываются формулой изобретения.