專(zhuān)利名稱(chēng)：含有纖維素的植物材料的形狀和大小修整的制作方法
含有纖維素的植物材料的形狀和大小修整本發(fā)明涉及用于含有纖維素的植物材料的形狀和大小修整的方法。本發(fā)明特別是涉及對(duì)植物材料的處理，用于由不可買(mǎi)賣(mài)的或者僅通過(guò)產(chǎn)值損失 (WertschSpfungsverlust)買(mǎi)賣(mài)的“植物碎片材料”制得食品產(chǎn)品和飲用品產(chǎn)品，所述植物碎片材料在食品產(chǎn)品和飲用品產(chǎn)品工業(yè)中的全部加工過(guò)程中作為副產(chǎn)品不可避免地產(chǎn)生。 含有纖維素的如下植物材料稱(chēng)為“碎片材料”，即其在處理鏈中根據(jù)植物材料的特殊買(mǎi)賣(mài)按照所希望的顆粒形狀、顆粒大小或質(zhì)量并不產(chǎn)生。通過(guò)物流運(yùn)作(輸送、臨時(shí)倉(cāng)儲(chǔ)等)、定制 (裁切、折斷等)也會(huì)產(chǎn)生“碎片材料”。通常，含有纖維素的植物材料的使用價(jià)值不僅取決于物質(zhì)性(化學(xué)性)，而且取決于用幾何特征參數(shù)表征的結(jié)構(gòu)。這例如包括在擠壓式使用時(shí)的性征、胃腸道的易消化性、口味程度等。鑒于經(jīng)濟(jì)上的意義，已進(jìn)行了各種不同的試驗(yàn)，以便解決這類(lèi)問(wèn)題。所提出的所有方案的共同目標(biāo)是，在給定的誤差范圍內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，用于過(guò)程準(zhǔn)備。含有纖維素的植物材料的結(jié)構(gòu)化實(shí)例是已知的由液態(tài)小粒制造煙草膜的過(guò)程，或者也可以是在干燥狀態(tài)下的?；椒āＴ谄【苹夹g(shù)中，例如不僅將廢料粒化，而且將整個(gè)傘形花序?；?，以便具有耐久的特性，用于啤酒制造?？上б炎銐蝾l繁地表明，必須添加允許的、但非所愿的添加劑作為添加/過(guò)程輔助劑(結(jié)合劑、香味增強(qiáng)劑、香味形成劑、防腐劑)，且只有多級(jí)的過(guò)程才能達(dá)到目的。多級(jí)的過(guò)程系指具有繁瑣的向上流和向下流的過(guò)程；其包括研磨過(guò)程、篩分、過(guò)濾、干燥、加潮。文獻(xiàn)DE10 2004 059 388 Al 和 DE 10 2005 006 117 Al 中的公開(kāi)內(nèi)容一局限于煙草加工領(lǐng)域一已論述了這些問(wèn)題的解決方案。本發(fā)明的目的在于，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)含有纖維素的植物材料進(jìn)行最佳結(jié)構(gòu)化。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的方法得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還包括根據(jù)相應(yīng)并列獨(dú)立權(quán)利要求的應(yīng)用。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的有利的實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明，公開(kāi)一種用于含有纖維素的植物材料的形狀和大小修整的方法，其中，通過(guò)至少一個(gè)擠壓過(guò)程來(lái)制備植物材料，擠壓過(guò)程包括提高壓力和溫度進(jìn)行壓實(shí)以及在擠壓機(jī)出口對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工。本發(fā)明特別是基于如下認(rèn)識(shí)所謂的“工業(yè)廢料產(chǎn)品”通常不是價(jià)值低的材料，其使用價(jià)值僅受限于不適于市場(chǎng)應(yīng)用的小粒的幾何形狀。例如不可行的是，例如在濾茶網(wǎng)上濾出內(nèi)含物質(zhì)的水分而將茶葉末直接用于飲用。但通過(guò)適當(dāng)?shù)囊罁?jù)本發(fā)明對(duì)小粒的形狀和大小的修整，又可以提高原料利用率/ 轉(zhuǎn)換率，進(jìn)而提高產(chǎn)量。亦即按照所述目的來(lái)改變小粒(增大或減小)，以便按照后續(xù)使用進(jìn)行可接受的結(jié)構(gòu)化。本發(fā)明以有利的方式允許也處理熱敏感的材料。通過(guò)相應(yīng)的過(guò)程條件，例如，在擠壓機(jī)出口受控地或保持較小地或抑制地進(jìn)行閃蒸，由此可以將水蒸氣揮發(fā)的香味組分保留在擠出物中。另一方面，在該方法的一種實(shí)施方式中進(jìn)行突然的減壓干燥，這可以有助于形成體積大的纖維狀的產(chǎn)品。為了使得植物材料小粒相互結(jié)合或者與大粒結(jié)合，優(yōu)選不給植物材料添加附加的或外部的結(jié)合劑。亦即，本發(fā)明的方法允許無(wú)添加地進(jìn)行處理，其方式為，激活分子結(jié)構(gòu)的結(jié)合能力，同時(shí)保留香味載體(Geschmackstdger)。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施方式，待加工的具有小粒(還有粉末)和大粒的材料經(jīng)受較高的機(jī)械壓力，特別是還經(jīng)受較高的溫度和濕度，以便使得小粒保持附著在較大的材料上。換句話說(shuō)，小粒還有粉末與大粒結(jié)合為一體，以便以后能按照規(guī)定直接使用結(jié)合有小粒的材料。由此省去了復(fù)雜的單獨(dú)加工。小粒已經(jīng)簡(jiǎn)單地附著在材料上，或者與材料結(jié)合，以后總歸按照規(guī)定使用這種材料。通過(guò)這種措施將實(shí)現(xiàn)使得大小分布情況顯著地趨向于大粒，特別是在所力求的 l-4mm的大小范圍內(nèi)。在按照本發(fā)明進(jìn)行處理之前或之后進(jìn)行過(guò)濾分析即可證明此點(diǎn)。若在本說(shuō)明書(shū)的范圍內(nèi)提及小粒，則其特別是意指實(shí)際上被視為不利的(以及芳香的)、否則就只能抽掉的小粒。小粒特別是小于1mm，更特別地小于0. 5mm。按照本發(fā)明，小粒和待加工的較大的材料可以具有預(yù)定的濕度。此外可行的是，使得待加工的材料經(jīng)受高溫，從外部供應(yīng)熱量和/或產(chǎn)生機(jī)械壓力即可導(dǎo)致高溫。本發(fā)明的方法的該實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)因而特別是基于材料大粒與小粒一起在較高的溫度和規(guī)定的濕度下經(jīng)受機(jī)械壓力(例如在擠壓機(jī)或輸送螺桿加潮器中)。通過(guò)機(jī)械壓力，小粒與較大的材料壓合，并與其在內(nèi)部結(jié)合。通過(guò)按照本發(fā)明的方法條件，結(jié)合的程度使得按照本發(fā)明被處理的材料能在制造和使用時(shí)抵抗通常的載荷。在該方法中，待加工的材料可以具有與其加工狀態(tài)相應(yīng)數(shù)量的小粒，但也可以具有多于這種數(shù)量的小粒，特別是通過(guò)添加小粒來(lái)提高數(shù)量。在這種情況下，不僅要加工已經(jīng)產(chǎn)生的小粒，也可以附加地加工在生產(chǎn)中在其它位置產(chǎn)生的小粒，特別是還有粉末。因而根據(jù)本發(fā)明的該方面，無(wú)需添加用于使得小粒與較大的材料結(jié)合的附加的或外部的結(jié)合劑既無(wú)需在材料外部的結(jié)合劑，也無(wú)需內(nèi)在的即在材料中天然存在的結(jié)合劑。 更確切地說(shuō)，可以采用機(jī)械方式和/或利用在材料中天然存在數(shù)量的結(jié)合劑(內(nèi)在的結(jié)合劑)，使得小粒與較大的材料結(jié)合。利用本發(fā)明的方法條件來(lái)激活這種內(nèi)在的結(jié)合劑(淀粉、 樹(shù)脂、糖…)，其由此將小粒牢固地保持在較大的材料上。此外公開(kāi)了如下認(rèn)識(shí)本發(fā)明的過(guò)程基本上為成本低廉的單級(jí)設(shè)計(jì)，且可在缺氧的情況下進(jìn)行。如果不必遵守過(guò)程溫度限制，則可以對(duì)擠壓過(guò)程進(jìn)行消毒設(shè)計(jì)。令人意想不到地表明，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，可以通過(guò)特殊的擠壓并組合以加潮來(lái)實(shí)現(xiàn)“定制”。為了能夠特別成功地應(yīng)用本發(fā)明的方法，由給定組織的且加香的原材料構(gòu)成的處置物(Rezeptur)是特別有利的。適合作為給定組織的材料的例如有，谷物植物(谷物產(chǎn)品) 的碎片，如小麥麩皮、玉米麩皮、燕麥麩皮、大豆麩皮；小麥纖維粉、豆纖維粉；燕麥片、大麥片，和飲用品植物的碎片，如纖維(纖維素)含量較高的茶葉梗小粒。加香的材料系指相應(yīng)的食品淀粉或“葉片碎片”。含有淀粉的材料還可以通過(guò)過(guò)程激活來(lái)控制影響最終產(chǎn)品的密度，如果該特性對(duì)于消費(fèi)者使用價(jià)值來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。香草碎片和香料碎片也可采用用于定制的方法以有利的方式來(lái)處理；代表該組應(yīng)提及丁香廢料和啤酒花。丁香廢料可以通過(guò)擠壓方法得到重構(gòu)，并與煙絲混合而加工成為丁香香煙。優(yōu)選含有不超過(guò)50%的丁香材料且數(shù)十億地制造和消費(fèi)的印度尼西亞香煙稱(chēng)為丁香香煙?；诿抗锏膬r(jià)格，采用該方法處理丁香材料特別經(jīng)濟(jì)。作為加工單元，可以使用一種擠壓模塊，其布置方式包括如下組成部分 -在混合料倉(cāng)中進(jìn)行捆裝配，用于形成處置物；
-在配給螺旋輸送機(jī)中進(jìn)行體積配給(質(zhì)量配給)； -在擠壓機(jī)中進(jìn)行處理，具有如下步驟
-用水/蒸汽進(jìn)行加潮，必要時(shí)附加地加料(液態(tài)和/或固態(tài)形式)； -壓實(shí)、混合、加熱、保壓、加香、芳香化；
-在減壓干燥情況下將纖維成型為堆，同時(shí)通過(guò)膨脹到環(huán)境壓力而恢復(fù)天然的填
充能力；
-為了固定結(jié)構(gòu)而進(jìn)行冷卻，并擠出附著的蒸汽?？梢杂绊懺诨旌袭a(chǎn)品中決定的內(nèi)含物質(zhì)值，即根據(jù)原材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)而定。最終材料的纖維狀形式開(kāi)啟了一個(gè)范圍寬廣的新產(chǎn)品解決方案。含有纖維素的植物材料可以是非煙草材料，或者相當(dāng)一部分，特別是10%以上，尤其30%以上，特別地50%以上，由非煙草材料構(gòu)成。含有纖維素的植物原材料特別地可以具有粗糙的材料，其小粒大小特別是大于 2mm，根據(jù)本發(fā)明，可以在不添加產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料情況下實(shí)施該方法。待加工的植物材料可以經(jīng)受高溫，從外部供應(yīng)熱量和/或產(chǎn)生機(jī)械壓力即可導(dǎo)致高溫，這種材料可以是預(yù)加潮的材料。另外，通過(guò)加工待加工的植物材料而產(chǎn)生的產(chǎn)品優(yōu)選是非連續(xù)的成型材料，特別是纖維狀的材料。本發(fā)明還涉及擠壓過(guò)程的一種用途，該擠壓過(guò)程包括提高壓力和溫度進(jìn)行壓實(shí)以及在擠壓機(jī)出口對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工，以便制備含有纖維素的植物材料，用于植物材料的形狀和大小修整。當(dāng)然，此處所述的全部方法特征一但也可以是所述裝置的特征一可以包含到本發(fā)明的用途中。本發(fā)明還涉及帶有剪切間隙出口的填塞螺桿擠壓機(jī)用于制備含有纖維素的植物材料的一種用途，用于修整植物材料的形狀和大小。此外，將借助實(shí)施方式，對(duì)照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明。本發(fā)明可以單獨(dú)地以及任意有益組合地包括此處所述的全部特征。在唯一的附


圖1中示出了用于通過(guò)熱擠壓進(jìn)行植物材料結(jié)構(gòu)化的裝置。按照本發(fā)明所使用的裝置整體上標(biāo)有附圖標(biāo)記1，其具有腔室殼體2和設(shè)置在該腔殼體中的輸送螺桿3，通過(guò)電機(jī)4可使得該螺旋輸送器轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，在
圖1中還示出了植物材料入口 5和可選的用于處理劑例如水和蒸汽的入口，其帶有附圖標(biāo)記6和7。在出口端 (圖中右邊)，腔室具有內(nèi)錐形的端頭8。端頭8的內(nèi)錐壁與外錐10的外錐壁一起形成間隙 9，由螺桿3輸送的材料可以經(jīng)由該間隙排出。在內(nèi)錐8的間隙頂端有一個(gè)開(kāi)口通向腔室2 的內(nèi)部。排出的經(jīng)過(guò)重構(gòu)的材料標(biāo)有附圖標(biāo)記12。外錐10被一個(gè)適配支架11固定，該適配支架可以同時(shí)為錐體10提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。 通過(guò)這種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，可以使得錐10圍繞中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，如彎曲的箭頭所示。適配支架11與錐 10之間的連接用一個(gè)雙箭頭示出，這意味著，錐10可以在軸線上移動(dòng)到內(nèi)錐8上。在這里， 它可以固定地保持其軸向位置，但也可軸向移動(dòng)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，可以調(diào)整或者適配地修正間隙的寬度，另外，優(yōu)選通過(guò)液壓機(jī)構(gòu)向左即朝向間隙9的閉合方向產(chǎn)生反壓力。
根據(jù)本發(fā)明，處理的第一部分在超大氣壓力下進(jìn)行。這種超壓力的產(chǎn)生方式為，在經(jīng)由入口 5引入材料之后，在腔室2中利用螺桿3輸送材料。在輸送螺桿的端部有一個(gè)剪切間隙出口，其類(lèi)似于擠壓機(jī)幾乎封閉輸送室。該凹模出口優(yōu)選是環(huán)形間隙，即錐間隙9，其間隙寬度可通過(guò)外錐10 (凸模)來(lái)調(diào)整。由此使得材料處于較高的壓力(不超過(guò)200巴)和較高的溫度(特別是顯著高于IO(TC)下。除了由于朝向該間隙輸送材料而產(chǎn)生的機(jī)械壓力外，還有附加的力在起作用，因?yàn)樵谳斔吐輻U的行程中，與壁結(jié)合地作用有剪切力，這種剪切力使得材料預(yù)先碎化或預(yù)先纖維化。可以將拉力(Zug)引入到殼體壁中，或者引入附加的流動(dòng)阻力，由此來(lái)輔助所述剪切。附加地，可以在多個(gè)位置供應(yīng)蒸汽，以便調(diào)節(jié)輸送螺桿或殼體2中的水分、溫度和壓力。利用所供應(yīng)的蒸汽和材料的來(lái)自加潮的自有水分，在從間隙9排出時(shí)會(huì)出現(xiàn)額外的纖維化現(xiàn)象，因?yàn)樗蝗徽舭l(fā)。梗中的處于壓力下的水分在壓力下降到大氣壓力時(shí)，在環(huán)形間隙之后突然蒸發(fā)；發(fā)生閃蒸。因而在經(jīng)過(guò)間隙9時(shí)，材料在間隙壁之間受到剪切，而在從間隙排出時(shí)，就發(fā)生前面已經(jīng)提及的閃蒸。通過(guò)這些效應(yīng)的配合作用，產(chǎn)生被良好結(jié)構(gòu)化的方法產(chǎn)品，其至少大部分已經(jīng)可以直接按照規(guī)定使用。為了防止在狹窄的剪切間隙9處，環(huán)形面或錐形面大范圍地出現(xiàn)堵塞物，堵塞物隨后又突然脫落，已表明有所助益的是，使得錐10圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線保持轉(zhuǎn)動(dòng)。這種轉(zhuǎn)動(dòng)可以連續(xù)地或者間歇地沿一個(gè)方向進(jìn)行，或者變換轉(zhuǎn)動(dòng)方向。轉(zhuǎn)動(dòng)在此可以是完全轉(zhuǎn)動(dòng)，或者僅包括四分之一 /三分之一圈，或者包括較小的/較大的單元。附加地，已表明有益的是， 至少一個(gè)錐，即端頭8上的內(nèi)錐或凸模10上的外錐，其表面被粗造化或設(shè)有造型，例如開(kāi)設(shè)溝紋或交叉溝紋，溝紋深度特別是不超過(guò)2mm或3mm。這里重要的僅僅是可以采用任意方式來(lái)調(diào)整粗糙度/造型度、溝紋的深度和走向(方向)。特別是結(jié)合錐10的轉(zhuǎn)動(dòng)可以顯著地減少堵塞物。由此得到均勻的壓力情況，這又導(dǎo)致均勻的最終產(chǎn)品。本發(fā)明的借助茶葉擠壓的方法實(shí)例
本發(fā)明的方法將借助桔子香味的路易波士(Roiboos)茶在擠壓設(shè)備中進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)表明，如文獻(xiàn)DE 10 2004 059 388 Al和DE 10 2005 006 117 Al中所記載的且部分地在
圖1中示出的擠壓設(shè)備也可以用作用于其它含有纖維素的植物材料(例如茶葉)或混合產(chǎn)品 (例如茶葉/煙草)的加工設(shè)備，盡管學(xué)術(shù)界對(duì)此在根本上抱有懷疑，因?yàn)樵?jīng)認(rèn)為，其它植物材料在根本上還要求其它過(guò)程參數(shù)或過(guò)程設(shè)計(jì)。將會(huì)使用或得到如下參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種用于含有纖維素的植物材料的形狀和大小修整的方法，其中，通過(guò)至少一個(gè)擠壓過(guò)程來(lái)制備植物材料，擠壓過(guò)程包括提高壓力和溫度進(jìn)行壓實(shí)以及在擠壓機(jī)(1)的出口對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在擠壓機(jī)(1)的出口進(jìn)行突然的減壓干燥。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中為了使得植物材料小粒相互結(jié)合或者與大粒結(jié)合，不給植物材料添加附加的或外部的結(jié)合劑。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中擠壓過(guò)程基本上為單級(jí)設(shè)計(jì)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中擠壓過(guò)程在缺氧的情況下進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)擠壓過(guò)程進(jìn)行消毒設(shè)計(jì)，特別是在至少一個(gè)加工位置，在消毒溫度情況下針對(duì)植物材料實(shí)施該擠壓過(guò)程。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過(guò)特殊的擠壓并組合以加潮對(duì)材料進(jìn)行重構(gòu)，其中特別是將材料置于預(yù)定的濕度。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)由給定組織的且加香的植物材料構(gòu)成的處置物進(jìn)行加工。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中對(duì)如下材料中的一種或多種進(jìn)行加工-給定組織的材料，如谷物植物(谷物產(chǎn)品)的碎片，特別是小麥麩皮、玉米麩皮、燕麥麩皮、大豆麩皮；小麥纖維粉、豆纖維粉；燕麥片、大麥片，和飲用品植物的碎片，如纖維(纖維素)含量較高的茶葉梗小粒；-加香的材料，如食品淀粉或葉片碎片； -香草碎片和/或香料碎片，如丁香廢料和啤酒花。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中含有纖維素的植物材料是非煙草材料，或者相當(dāng)一部分，特別是10%以上，尤其30%以上，特別地50%以上，由非煙草材料構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中含有纖維素的植物材料特別地具有粗糙的材料，粗糙的材料的小粒大小特別是大于2mm。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，在不添加產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料情況下實(shí)施該方法。
13.如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中使得待加工的植物材料經(jīng)受高溫， 從外部供應(yīng)熱量和/或產(chǎn)生機(jī)械壓力即可導(dǎo)致高溫。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中待加工的材料是預(yù)加潮的材料。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過(guò)加工待加工的植物材料而產(chǎn)生的產(chǎn)品是不規(guī)則地形成的材料，特別是纖維狀的材料。
16.擠壓過(guò)程的一種用途，該擠壓過(guò)程包括提高壓力和溫度進(jìn)行壓實(shí)以及在擠壓機(jī) (1)的出口對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工，以便制備含有纖維素的植物材料，用于植物材料的形狀和大小修整。
17.如權(quán)利要求16所述的用途，具有在權(quán)利要求2至15中所述的方法特征。
18.帶有剪切間隙出口的填塞螺桿擠壓機(jī)(1)的一種用途，以便制備含有纖維素的植物材料，用于植物材料的形狀和大小修整。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于含有纖維素的植物材料的形狀和大小修整的方法，其中，通過(guò)至少一個(gè)擠壓過(guò)程來(lái)制備植物材料，擠壓過(guò)程包括提高壓力和溫度進(jìn)行壓實(shí)以及在擠壓機(jī)(1)的出口對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工。本發(fā)明還涉及擠壓過(guò)程的一種用途，該擠壓過(guò)程包括提高壓力和溫度進(jìn)行壓實(shí)以及在擠壓機(jī)(1)的出口對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工，以便制備含有纖維素的植物材料，用于植物材料的形狀和大小修整，且本發(fā)明涉及帶有剪切間隙出口的填塞螺桿擠壓機(jī)(1)的一種用途，以便制備含有纖維素的植物材料，用于植物材料的形狀和大小修整。
文檔編號(hào)A23P1/12GK102256503SQ200980150989
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者D.弗蘭克, F.普呂克哈恩, G.施梅克爾 申請(qǐng)人:英美煙草(德國(guó))有限公司