專利名稱：螺旋氣固接觸裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在食品制造中使氣體和固體接觸的裝置和方法，可以用于干 燥、與涂膜結(jié)合的干燥、加熱、冷卻和與涂膜結(jié)合的冷卻。
背景技術(shù)：
在糖果點(diǎn)心和制藥領(lǐng)域，在固體顆粒的外層形成糖衣是常規(guī)做法。通常使用的 分批裝盤(batch panning)的方法(其中將糖漿分次地(shot by shot)添加到固體上)是高 投資、勞力密集的方法，而且大部分的糖在干燥過程中被帶走。如果能將這樣的涂膜工 藝以連續(xù)的方式進(jìn)行將帶來許多實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)。但是，以連續(xù)的方式進(jìn)行這種類型的涂膜 的裝置尚未被廣泛接受，因?yàn)檫€沒有達(dá)到可接受的產(chǎn)品質(zhì)量。美國專利No.6,364,948和6,689,417 (由本發(fā)明的受讓人擁有)涉及分批涂膜和/ 或干燥的方法和裝置(包括制造糖衣包裹的食品的方法)，其中，顆粒被置于床上，通過 擺動(dòng)該床而使顆粒在χ、y和ζ方向上移動(dòng)，使得顆粒沿著主要路徑或方向。沿床的切線 方向提供干燥氣體。美國專利No.6,638,550(由本發(fā)明的受讓人擁有)涉及在一團(tuán)糖食芯上形成殼層 的方法，該工藝使用一可旋轉(zhuǎn)的鼓筒，其中提供具有可控含水量的干燥氣體流。美國專利Νο.6,960,361 (由本發(fā)明的受讓人擁有)涉及一種對多個(gè)芯材料進(jìn)行涂 膜的裝盤裝置，該裝盤鼓筒具有一個(gè)分隔件，將該鼓筒分隔成多個(gè)涂膜容器。已經(jīng)公開的國際申請W099/26484教導(dǎo)了一種用于分批對口香糖或其它食物進(jìn) 行涂膜的裝置，該裝置具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)鼓筒，其內(nèi)部具有傾斜的隔板。液體涂膜材料通過 沿著鼓筒的軸線貫穿的內(nèi)管來提供，干燥氣體通過在鼓筒周圍設(shè)置的多個(gè)氣體分配室來 提供。設(shè)置氣體供給和排出管使得干燥氣體在鼓筒內(nèi)沿軸向移動(dòng)。美國專利Νο.6,365,203Β2和Νο.7,022,353Β2教導(dǎo)了一種用于連續(xù)涂膜樹膠材料 的方法和裝置。涂膜材料可以是可硬化的糖溶液。該裝置包括一個(gè)相對于水平傾斜的旋 轉(zhuǎn)鼓筒，從而使得食物片由于重力而通過該鼓筒。通過提高或降低鼓筒的角度來縮短或 增加停留時(shí)間。通過沿著鼓筒主軸的內(nèi)管來向鼓筒提供液體涂膜材料，同時(shí)優(yōu)選通過在 鼓筒的側(cè)壁上的孔引入加熱的干燥氣體，以在鼓筒中提供均勻的干燥氣體流。美國專利Νο.5,520,457和EP 0192012教導(dǎo)了一種用于對顆粒固體進(jìn)行涂膜的涂 膜裝置和方法，其中使用轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋刷來將材料推過可能也旋轉(zhuǎn)的鼓筒。這些裝置和方法 都不是專注于這樣的一種系統(tǒng)，即向基本封閉的、由螺旋元件限定的氣體通路提供氣體 源。W02005/011398公開了一種在糖丸制造工藝中連續(xù)對芯進(jìn)行涂膜的方法，其中 包括了利用螺旋狀的傳送器將芯輸送通過旋轉(zhuǎn)鼓筒。但是，上述描述中都沒有公開有效利用封閉氣體通路來以可控的、連續(xù)的方式 使氣體接觸固體。對顆粒固體進(jìn)行涂膜的方法和裝置的現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)顯著的問題是 如何控制因固體的翻滾而產(chǎn)生的粉塵。這些粉塵在空中，會(huì)破壞濕度控制系統(tǒng)。需要昂貴的粉塵過濾設(shè)備，不僅增加了工藝的復(fù)雜程度還提高了維護(hù)成本。而根據(jù)本發(fā)明就可 解決了這一問題，通過引導(dǎo)加工氣體流而保證在固體從裝置排出前因固體翻滾而產(chǎn)生的 粉塵被粘附在固體上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種食品制造中使氣體-固體有效接觸的方法和裝置，可適于用可 流動(dòng)涂膜材料對顆粒狀食品材料進(jìn)行涂膜，并干燥顆粒的涂膜，諸如用糖漿來進(jìn)行巧克 力芯涂膜并干燥以形成M&M’s 的牛奶巧克力豆產(chǎn)品的糖殼。這些方法和裝置還可用于 用可流動(dòng)涂膜材料對顆粒狀食品材料進(jìn)行涂膜并固化顆粒上的涂層，諸如在M&M’s 的花生巧克力豆產(chǎn)品中用液體巧克力來對花生仁進(jìn)行涂膜?；蛘撸@些方法和裝置還可 用于對顆粒食物材料進(jìn)行加熱(例如蒸煮和烘烤)和冷卻。可以通過本發(fā)明的方法和裝置進(jìn)行加工的顆粒食物材料包括但不限于糖果，包 括巧克力、飴糖、果仁糖、橡膠糖(gummies)、壓片糖和硬糖。這里所述的“巧克力” 包括滿足美國國家食品藥品管理局設(shè)定的巧克力的屬性標(biāo)準(zhǔn)(Standards of Indentity, SOI) 的巧克力，以及非SOI的巧克力。食品材料包括但不限于威化餅、餅干、軟餅、小甜 餅、格蘭諾拉麥片(gnmola)、大米、谷粒、豆類、可可豆、咖啡豆、堅(jiān)果仁、新鮮或干 化水果、新鮮或干化蔬菜、奶制品。奶酪、寵物食品和寵物零食。食物材料還包括藥 物，包括但不限于藥片、膠囊、結(jié)塊和凝膠藥丸。本發(fā)明的一個(gè)方面是氣體-固體接觸裝置，其包括鼓筒，該鼓筒具有與內(nèi)管同 心的內(nèi)壁和在鼓筒和內(nèi)管之間的環(huán)形空間。氣體從氣源供給到環(huán)形空間的氣體入口區(qū)， 顆粒固體從鼓筒的固體入口部被引入。在環(huán)形空間中的至少一個(gè)螺旋部件(本文中有時(shí) 稱為“螺旋”)限定在環(huán)形空間中的氣體通路。對螺旋部件施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(例如通過電 機(jī))來推動(dòng)固體穿過鼓筒。該氣體_固體接觸裝置還可以與涂膜材料分配器組合用來添加涂膜材料(隨后隨 著固體通過鼓筒而干燥或固化在固體表面)。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，特別是在裝置被用于使用糖漿對糖果芯材料進(jìn) 行涂膜并干燥涂膜以形成殼時(shí)，該裝置包括圍繞水平縱向軸線旋轉(zhuǎn)的鼓筒，并且氣體入 口區(qū)和固體入口部位于鼓筒在縱向軸線方向的大致相對的兩端，這樣，氣體沿著氣體通 路行進(jìn)時(shí)基本上相對于固體穿過鼓筒的方向?yàn)榉聪蛄?。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，加工氣體在濕的 固體的方向上攜帶著因固體翻滾動(dòng)作而產(chǎn)生的粉塵，使得空氣中的粉塵粘附在固體上。 本文中的反向流是指氣體入口區(qū)與固體入口部大體上設(shè)置在鼓筒的相反側(cè)。另一方面，本發(fā)明是一種對多個(gè)食物顆粒狀固體進(jìn)行涂膜的方法，具有鼓筒， 該鼓筒具有與內(nèi)管同心的內(nèi)壁和在鼓筒和內(nèi)管之間的環(huán)形空間。在環(huán)形空間內(nèi)設(shè)置螺 旋部件來限定在環(huán)形空間中的氣體通道，其可以旋轉(zhuǎn)來推動(dòng)顆粒狀固體通過鼓筒。該方 法包括將顆粒狀固體引入鼓筒，施加涂膜材料到顆粒狀固體上以形成涂膜后的顆粒狀固 體，對螺旋部件施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以促使涂膜后的顆粒狀固體移動(dòng)通過鼓筒。同時(shí)，從氣體 入口區(qū)引入氣體流，沿著由螺旋部件限定的氣體通道來干燥或固化在顆粒狀固體上的涂 膜材料。在穿過鼓筒后，涂膜后的顆粒狀固體被排出鼓筒。另一方面，本發(fā)明是在制造食物產(chǎn)品時(shí)使氣體和顆粒狀固體接觸的方法。設(shè)置如上所述的鼓筒，顆粒狀固體從固體入口部被導(dǎo)入鼓筒內(nèi)。螺旋部件旋轉(zhuǎn)使得顆粒狀固 體在環(huán)形空間中被推動(dòng)穿過鼓筒。氣體從氣源流出沿著由螺旋部件限定的氣體通道進(jìn)入 環(huán)形空間，并且將顆粒從鼓筒中排出。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，本發(fā)明可以用于對食物 進(jìn)行加熱或冷卻，而不進(jìn)行涂膜。


圖IA是根據(jù)本發(fā)明的裝置的側(cè)剖圖。圖IB是根據(jù)本發(fā)明的裝置的側(cè)剖圖，是在裝置的內(nèi)管中供給氣體的實(shí)施例。圖2是圖IA中的裝置上的鼓筒和螺旋部件的透視圖，其中內(nèi)管被拆除，螺旋部 件與鼓筒相連接(與其一起旋轉(zhuǎn))。
具體實(shí)施例方式在圖IA所示的實(shí)施方式，鼓筒10由12表示為可旋轉(zhuǎn)。在鼓筒的內(nèi)壁14和內(nèi) 管20之間限定出環(huán)形空間30。在所示的實(shí)施方式中，螺旋部件110從鼓筒的內(nèi)壁延伸到 環(huán)形空間30內(nèi)，并且電機(jī)22向鼓筒以及所連接的螺旋部件傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)內(nèi)管20 相對于螺旋部件和鼓筒保持固定?；蛘?，設(shè)置電機(jī)獨(dú)立于鼓筒10的旋轉(zhuǎn)向螺旋部件110傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。例如，鼓 筒保持靜止，而螺旋部件從內(nèi)管20延伸并與其一起旋轉(zhuǎn)。螺旋部件的旋轉(zhuǎn)主要影響固體 顆粒在鼓筒中的停留時(shí)間，而鼓筒的旋轉(zhuǎn)主要影響顆粒的混合速度?；旌侠甙?9位于鼓筒的內(nèi)表面上，例如以10°、15°、20°的間隔來減少產(chǎn) 品在表面上的滑動(dòng)，并促進(jìn)混合。如果鼓筒獨(dú)立于螺旋部件運(yùn)動(dòng)，則可在螺旋部件110 的邊緣上連接混合部件以實(shí)現(xiàn)類似的功能。肋板在鼓筒的內(nèi)表面上的高度由基于鼓筒 的尺寸、固體顆粒的大小、螺旋部件旋轉(zhuǎn)的空間以及其它條件的試驗(yàn)和誤差來確定的。 通常，混合肋板至少具有與顆粒直徑相同的高度。在實(shí)施方式中，肋板的高度在大約 0.1cm 大約5.0cm的范圍。螺旋部件110徑向延伸到環(huán)形空間內(nèi)，其位置使得隨著螺旋部件以螺旋的方式 轉(zhuǎn)動(dòng)，顆粒狀固體被推過鼓筒。典型地，鼓筒是常規(guī)的圓筒，水平放置，并且螺旋部件 被定向在與鼓筒相同的軸線上，占據(jù)整個(gè)環(huán)形空間，如圖2所示。螺旋部件每一螺線之 間的距離被稱為節(jié)距。在如圖2所示的實(shí)施方式中，螺旋部件110從鼓筒的內(nèi)壁徑向延 伸到環(huán)形空間30內(nèi)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，螺旋部件螺線之間的距離(“節(jié)距”)可以沿 螺旋部件的長度而改變，并且螺旋部件旋轉(zhuǎn)的半徑也可以改變。按照本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，設(shè)置適當(dāng)?shù)妮S頸18和空氣密封，使得鼓 筒、內(nèi)管和/或螺旋部件相對于固定的入口套筒24和出口套筒16可以相對旋轉(zhuǎn)。在本裝置中，固體僅與來自氣源90的氣體接觸，而不與來自鼓筒外部的周圍空 氣接觸，當(dāng)然少量接觸也許不可避免。因此，該系統(tǒng)對于外部空氣而言被稱為“基本上 密封的”，盡管本系統(tǒng)不是氣體密閉的。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，該系統(tǒng)是“封閉的”， 因?yàn)閺墓耐渤槌龅臍怏w被調(diào)節(jié)站(未圖示)所調(diào)節(jié)再回到氣體入口區(qū)?；蛘撸梢赃\(yùn) 行“開放的”系統(tǒng)，使得來自氣源的氣體在鼓筒中與食品材料接觸之后，被排出到大氣 中。
螺旋部件限定了由箭頭92所示的氣體通道。螺旋部件在環(huán)形空間內(nèi)的形狀使得 氣體不會(huì)軸向穿過環(huán)形空間而是沿著所示的螺旋線穿過?？赡苡行怏w溢出，但可以忽 略。在圖IA中，鼓筒10具有基本圓筒狀的內(nèi)壁，可繞著水平縱向軸線旋轉(zhuǎn)。氣體 入口區(qū)140和固體入口部130大約位于鼓筒相對于縱向軸線的相對端，使得來自氣源90 的氣體向著排氣口 94的運(yùn)動(dòng)基本上與固體穿過鼓筒的運(yùn)動(dòng)是“逆流”。優(yōu)選在應(yīng)用中使 用逆流的操作，例如用液體糖漿涂膜甜食芯的同時(shí)進(jìn)行干燥而使得液體糖漿形成糖殼， 因?yàn)橄Ｍ哂凶畹蜐穸鹊母稍餁怏w在工藝的末期與固體接觸，這時(shí)需要更強(qiáng)烈的干燥。 而且，由于來自顆粒狀固體的粉塵和干燥的涂膜材料變得懸浮在氣體中，攜帶著粉塵的 氣體被帶向固體入口部，在那里固體上的涂膜更多是液體，這樣氣體與液體涂膜材料接 觸，粉塵粘附在顆粒上而從氣體中被去除。使用濾網(wǎng)120或其它適合的具有開孔的分隔 件來防止顆粒被氣體帶入入口套筒24。在另一實(shí)施方式中，鼓筒可沿著水平縱向軸線旋轉(zhuǎn)，如圖IA所示，但是氣體入 口區(qū)和固體入口部大約位于鼓筒相對于縱向軸線的相同端，使得氣體沿著通道相對于固 體移動(dòng)以基本“同向流”的方式穿過鼓筒。在涂膜材料需要快速初始冷卻以在顆粒狀固 體上固化時(shí)同向流布局是優(yōu)選，例如液體巧克力涂膜材料在食物芯材料上的固化。在本 文中，同向流意味著氣體入口區(qū)與固體入口部大體上位于鼓筒的同側(cè)。當(dāng)使用巧克力作為涂膜材料時(shí)，可能需要使用同向流布局來進(jìn)一步促進(jìn)在冷卻 中形成各種穩(wěn)定形狀樣式的巧克力。這樣的布局會(huì)防止巧克力暴露在過冷的氣體中，而 使得巧克力涂膜暴露在略微更暖的氣體中，巧克力需要在這樣的氣體中再結(jié)晶。在實(shí)施方式中，內(nèi)管20是密閉的但氣體可進(jìn)入的空間。這時(shí)，氣源90沿著箭 頭92所示的氣體通道方向被直接引入到套筒16內(nèi)，然后進(jìn)入環(huán)形空間30。如圖IB所示，可以在內(nèi)管上設(shè)置開口 96，使得來自氣源90的氣體通過該開口 96得到供給。內(nèi)管20上的通孔98使得氣體流從內(nèi)管流入鼓筒和內(nèi)管之間的環(huán)形空間內(nèi)。 另外，還可設(shè)置另一氣源91 (可以與氣源90相同或不同)直接通向環(huán)形空間。通過沿著 鼓筒的長度方向從內(nèi)管20向環(huán)形空間30內(nèi)供給氣體，可以在工藝中的不同點(diǎn)控制氣體的 溫度和條件。例如，可以向固體入口部提供更暖的氣體來加強(qiáng)蒸發(fā)，而此時(shí)的涂膜后的 顆粒固體比較濕。箭頭93、95和97表示沿著鼓筒的長度方向的氣體質(zhì)量流速因沿鼓筒 不同點(diǎn)從內(nèi)管20的氣體的增加而增加。如圖IA所示的實(shí)施方式，氣體通道在某種意義 上是“封閉的”，因?yàn)闅怏w僅能沿著由螺旋部件110限定的通道穿過鼓筒。一旦氣體從內(nèi)管20排出，其沿著封閉的螺旋通道直達(dá)排氣口 94。通孔98可以 設(shè)置在沿著內(nèi)管的長度方向上所需要的地方。例如，通孔可以設(shè)置在特定點(diǎn)，而不是如 圖IB所示的沿著管的整個(gè)長度方向上。在圖IB中，顯示內(nèi)管20可以在與鼓筒10的旋轉(zhuǎn)方向12相反的方向112上旋 轉(zhuǎn)。內(nèi)管20也可以在與鼓筒10的旋轉(zhuǎn)方向相同的方向上旋轉(zhuǎn)，或內(nèi)管20保持固定。在 圖IB中，顯示螺旋部件110連接在內(nèi)管20上并從內(nèi)管20向外徑向延伸。在圖IA所示的實(shí)施方式中，氣固接觸是反向流的方式，內(nèi)管的長度在鼓筒內(nèi)限 定了氣固接觸區(qū)域。固體入口區(qū)從內(nèi)管終止于固體入口部130(在這里，固體被放入鼓筒 中，在圖IA中，正好在濾網(wǎng)120的左側(cè))的位置延伸。氣體入口區(qū)140從氣源90延伸至內(nèi)管20的起始端。由于內(nèi)管20 —般不延伸到鼓筒的整個(gè)長度，因此氣體在氣體固體 接觸區(qū)域具有比固體入口區(qū)更高的速度，因?yàn)闅怏w在該長度上流動(dòng)時(shí)通過的橫截面積更 小。根據(jù)應(yīng)用、鼓筒相對于內(nèi)管的大小以及在裝置中不同部分的所需氣體流速，固 體入口區(qū)可以具有零長度(這時(shí)，固體被放入到內(nèi)管上)，或者固體入口區(qū)構(gòu)成鼓筒長度 的從零到最多約50%。這一長度可以為鼓筒長度的約2% 30%的范圍，優(yōu)選為鼓筒長 度的約5% 15%的范圍。在實(shí)施方式中，固體入口區(qū)優(yōu)選構(gòu)成約一到兩個(gè)螺旋節(jié)距長 度，從這里固體進(jìn)入鼓筒。固體入口區(qū)的最佳長度由所需要混合的量(在固體入口區(qū)， 氣體流速低)相比于所需干燥的量(在氣體固體接觸區(qū)域，氣體流速高)來決定。在所示的實(shí)施方式中，在固體入口點(diǎn)130添加顆粒狀固體以在鼓筒中形成顆粒 床36。用于分散顆粒狀固體到鼓筒的固體分配器包括料斗50和輸入管60。流量測量裝 置，例如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的螺旋給料機(jī)、帶式給料機(jī)或類似裝置被用來計(jì)量所需的 顆粒狀固體的量。旋轉(zhuǎn)氣閘54可以控制產(chǎn)品進(jìn)入裝置同時(shí)使空氣的過量通過最小化。在 固體出口 70的類似旋轉(zhuǎn)氣間84執(zhí)行同樣的功能?？闪鲃?dòng)涂膜材料分配器56在輸入管60 中分配可流動(dòng)涂膜材料，例如液體糖漿。輸入管60的直徑小于鼓筒的直徑，這樣從可流 動(dòng)涂膜材料分配器56分配的可流動(dòng)涂膜材料可以在顆粒進(jìn)入鼓筒之前緊密地與顆粒狀固 體接觸。因而，在輸入管60內(nèi)滴到顆粒上的液體糖漿粗略地一個(gè)一個(gè)地分布到顆粒的主 體上(在其達(dá)到固體入口部130之前)。在輸入管中一個(gè)一個(gè)地初步分散使得在鼓筒搖動(dòng) 中，在固體入口區(qū)域糖漿在整個(gè)顆粒表面更快更均勻地分布。在輸入管中添加糖漿還可 避免糖漿直接滴到螺旋部件上。如果可流動(dòng)涂膜材料是在冷卻中結(jié)晶的涂膜材料，例如巧克力或氣體脂肪類材 料，則可以使用控溫涂膜材料分配器(使用加熱套等)在將涂膜材料施加到顆粒狀固體時(shí) 使可結(jié)晶的涂膜材料維持在可流動(dòng)的狀態(tài)。在一些情況下，需要在沿著鼓筒的多個(gè)點(diǎn)使用多個(gè)涂膜材料分配器。根據(jù)涂膜 材料，需要盡量減少涂膜材料與螺旋的接觸。相應(yīng)地，可以設(shè)置以螺旋的節(jié)距為分度的 一個(gè)或多個(gè)分配器，通過內(nèi)管來接近環(huán)形空間。例如，在該裝置中可以通過多點(diǎn)巧克力添加系統(tǒng)(未圖示)來實(shí)現(xiàn)對固體顆粒的 巧克力涂膜。巧克力添加噴嘴位于沿著鼓筒長度方向螺旋部件的相鄰螺線中間，并通過 內(nèi)管的特定點(diǎn)。將噴嘴定位于螺旋相鄰螺線的中間是用來阻止巧克力滴到螺旋部件上而 堆積在那里。噴嘴的數(shù)量大致應(yīng)等于沿著鼓筒的長度的螺旋的圈數(shù)，盡管如此優(yōu)選巧克 力在鼓筒的最后幾個(gè)節(jié)距長度內(nèi)不再添加來使得巧克力在排出鼓筒前徹底在顆粒狀固體 上固化。噴嘴可以與沿著鼓筒的中心線安置的巧克力輸送管相連接，所述輸送管由與鼓 筒套筒的端部相連接的旋轉(zhuǎn)單元供給。一個(gè)同步系統(tǒng)用來使得當(dāng)噴嘴位于在鼓筒中擺動(dòng) 的顆粒之上時(shí)巧克力噴灑到顆粒上。在這種布局下，當(dāng)噴嘴大致位于顆粒上方時(shí)，僅在 部分的鼓筒旋轉(zhuǎn)中添加巧克力。例如另一例子，噴嘴的布局可以是在大部分的鼓筒旋轉(zhuǎn)中將巧克力添加到顆 粒。在內(nèi)管中切出一螺旋狹縫使得每一噴嘴能通過。單個(gè)噴嘴狹縫占有比鼓筒旋轉(zhuǎn)的 360度角度稍小的角度并位于螺旋部件相鄰螺線的中間。設(shè)計(jì)的同步電機(jī)和定位系統(tǒng)使得 噴嘴維持其底面中心線位置，同時(shí)以比鼓筒旋轉(zhuǎn)的360度稍少的方式添加巧克力。設(shè)置往復(fù)系統(tǒng)以對應(yīng)于大約10度的鼓筒旋轉(zhuǎn)的高速率來停止巧克力流并將噴嘴向后移動(dòng)到初 始位置。然后，噴嘴重新開始巧克力添加工序?？梢栽O(shè)置擋板、橡膠密封條或刷子來覆 蓋狹縫的所有部分，除了在旋轉(zhuǎn)到那個(gè)點(diǎn)時(shí)噴嘴通過以外，來防止空氣的通過。在向螺旋部件傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)，顆粒狀固體被推著穿過鼓筒，到達(dá)固體排出區(qū)域 70?？紤]到鼓筒直徑、螺旋部件的螺線的節(jié)距、在鼓筒中形成的顆粒的床的厚度以及鼓 筒的旋轉(zhuǎn)速度，將鼓筒的長度和直徑尺寸設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)顆粒在鼓筒所需的停留時(shí)間。當(dāng)要將 更多的擺動(dòng)能量施加到顆粒上并且需要較高流速時(shí)，優(yōu)選更大的鼓筒。工藝經(jīng)濟(jì)性將確 定是否將多個(gè)鼓筒串聯(lián)來替代一個(gè)更大的鼓筒。在食品工業(yè)的一般應(yīng)用中，對于大約 Imm IOOmm范圍的顆粒，適當(dāng)?shù)墓耐驳闹睆降姆秶蠹s為0.01m 20m，優(yōu)選的范圍 是約0.1m 5m。鼓筒的長度優(yōu)選為大約0.1m到IOm的范圍。一般，螺旋部件與鼓筒一起旋轉(zhuǎn)，鼓筒一般可以以大約O.lrpm到大約20rpm的 速度旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選對于大多氣體固體接觸操作，包括涂膜，Irpm到約5rpm就可以了。在 大多應(yīng)用中，對于最合理的裝置規(guī)模，這一旋轉(zhuǎn)速度導(dǎo)致固體流速為約O.lkg/min到大約 lOOkg/min。對于大多涂膜和/或氣體固體接觸操作，在鼓筒中停留時(shí)間大約是1分鐘到 大約60分鐘。如果需要，從鼓筒中排出的涂膜的顆粒狀固體可以通過傳送帶返回到機(jī)器的輸 入端并被導(dǎo)入，同時(shí)停止導(dǎo)入未涂膜的產(chǎn)品，這樣可以在表面添加其它的涂膜材料。螺旋部件的相鄰螺線之間的距離必須至少為3倍單個(gè)顆粒的寬度的大小，以防 止顆粒在螺旋部件的螺線中的結(jié)塊。更優(yōu)選螺旋部件的節(jié)距處于大約Icm到大約50cm 的范圍。在圖2的實(shí)施方式中，將內(nèi)管設(shè)計(jì)成其可以被拆除以清理和維護(hù)鼓筒內(nèi)部，并 且可用來安裝儀器和/或涂膜應(yīng)用設(shè)備以及容納所需干燥氣流。希望內(nèi)管的直徑為約 0.001m到約10m。在實(shí)施方式中，如上所述，內(nèi)管從鼓筒的第一端延伸但并不超過鼓筒 的整個(gè)長度。內(nèi)管的長度限定了氣體固體接觸區(qū)域。這樣，在圖IA中，從內(nèi)管20終止 的點(diǎn)到固體在固體入口點(diǎn)130落入的點(diǎn)是固體入口區(qū)。從氣源90到內(nèi)管20的起始是氣 體入口區(qū)。優(yōu)選(至少在將裝置用于顆粒涂膜和干燥的實(shí)施例中)顆粒狀固體在與顯著 的干燥氣體流相接觸之前被供給到鼓筒并在固體入口區(qū)被可流動(dòng)的涂膜材料涂膜。當(dāng)裝 置被用于利用糖溶液來對巧克力顆粒涂膜并干燥時(shí)，可以使用具有6英尺長內(nèi)管的10英 尺長的鼓筒。如果使用巧克力、巧克力狀的物質(zhì)、脂肪類材料(例如可可奶油)或其它冷卻中 結(jié)晶的涂膜材料，則可以對涂膜材料分配器實(shí)施溫度控制來確保材料處于可流動(dòng)狀態(tài)。 這包括例如具有熱交換流體、電加熱器等的加熱套。在一些情況下，可以向鼓筒供給足夠的顆粒狀固體來填滿環(huán)形空間，在大多情 況下，需要形成顆粒床36，這樣在顆粒床36的頂部和內(nèi)管20之間還有距離，如圖IA所 示。這一距離被稱為顆粒到內(nèi)管的環(huán)。選擇該環(huán)的大小來達(dá)到所需的空氣流及速度，這 將影響有效熱交換速率和有效物質(zhì)交換率以及空氣和顆粒之間的整體能量平衡。通常， 顆粒床的深度在最深的位置為鼓筒的內(nèi)壁與內(nèi)管之間距離的約10%到約90%。因此，顆 粒到內(nèi)管的環(huán)通常在鼓筒內(nèi)壁與內(nèi)管之間距離的約90%到約10%的范圍。在根據(jù)本發(fā)明 實(shí)施的方法中，優(yōu)選維持預(yù)先設(shè)定的最小顆粒到內(nèi)管的環(huán)。
本發(fā)明中是使用的氣體，無論干燥、冷卻還是加熱，一般是空氣，其被調(diào)節(jié)除 塵和具有特定的濕度(露點(diǎn))和溫度。氣體可以在排氣口 94從鼓筒中排出并由空調(diào)或處 理機(jī)(未圖示)調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)后的氣體被再循環(huán)到氣源90。氣體的特性取決于工藝要求， 但通常氣體的露點(diǎn)在約-40°C到約10°C的范圍，優(yōu)選約-20°C到約10°C的范圍。氣體流 速一般在約每秒0.01立方米到約每秒100立方米的范圍，溫度在約-10°C到約250°C的范 圍。裝置在大約大氣壓下運(yùn)轉(zhuǎn)，盡管如此實(shí)際壓力可能稍高或稍低。實(shí)施例實(shí)施例1在本實(shí)施例中，使用具有如圖1A所示的結(jié)構(gòu)的裝置來連續(xù)在糖食芯上涂膜糖 漿。鼓筒直徑1.23m，螺旋段之間的工作距離是15cm。鼓筒長度為3m。封閉的空氣 不可進(jìn)入的內(nèi)管的直徑為61cm，長度約2.44m?？照{(diào)系統(tǒng)連接到該系統(tǒng)上從而以所需流 速、溫度和濕度來提供空氣?？諝庋刂菪ǖ琅c固體的運(yùn)動(dòng)成反向流流動(dòng)。通過將涂膜鼓筒置于20°C室內(nèi)而使其恒溫處于20°C。鼓筒速度設(shè)定在2rpm。 包括在20°C下扁豆形的巧克力塊(也稱為“芯”)并每個(gè)重量0.6g的起始材料在500kg/ hr流速下被導(dǎo)入鼓筒的一端。涂膜糖漿由66.7重量％的蔗糖和33.3重量％的水構(gòu)成，在 鼓筒的相同端以7.5kg/hr的流速噴灑到進(jìn)入的塊上。與產(chǎn)品反向流，干燥空氣被從鼓筒 的相反端以15立方米/分鐘的流速泵入鼓筒。增大氣流來獲得更干燥的產(chǎn)品，或者減少 氣流來在產(chǎn)品中保留更多水分?？諝獾臏囟葹?0°C，露點(diǎn)為-10°C。停留時(shí)間大約為10 分鐘，之后涂膜后的產(chǎn)品從系統(tǒng)中排出。每一涂膜后的產(chǎn)品在經(jīng)過該系統(tǒng)時(shí)增加了大約 lwt%。添加的材料和排出的材料之間的重量損失是來自干燥空氣所帶走的水分。在裝置中的固體流大致是推流(plug flow)，因此，在第一個(gè)涂膜后的產(chǎn)品排出 后，就可以停止輸入空白的芯。涂膜后的產(chǎn)品可以根據(jù)需要多次循環(huán)回到鼓筒的固體入 口區(qū)以在每一塊上獲得所需成分?jǐn)?shù)量的殼層。在本實(shí)施例中，涂膜時(shí)間約為250分鐘。 這一結(jié)果表明每一塊通過螺旋涂膜器大約22次，并接近增加了 20%重量的硬糖殼。這樣 的涂膜工藝在循環(huán)回路中需要21kg糖料斗來接受隨著糖殼的增加而導(dǎo)致的產(chǎn)品重量/體 積的增加。如果需要，糖涂膜工藝還可以通過使用22個(gè)串聯(lián)鼓筒來實(shí)現(xiàn)而不需要循環(huán)。串 聯(lián)的每一鼓筒中的運(yùn)轉(zhuǎn)條件需要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)隨著產(chǎn)品向下游前進(jìn)而逐漸增大的物質(zhì) 輸入。整個(gè)系列中第一個(gè)鼓筒最優(yōu)選如上所述進(jìn)行操作。實(shí)施例2使用基本上與圖1A所描述相同的裝置并具有如實(shí)施例1所述的相同物理尺寸來 進(jìn)行連續(xù)花生餅干的烘烤。起始原料是80wt%的油烤花生，在20°C下涂膜有20wt%的硬 生面團(tuán)層。生面團(tuán)以干重計(jì)具有大約38%的玉米粉、38%的玉米淀粉、17%的水和3% 的43DE玉米糖漿固體、2%阿拉伯樹膠和2%蔗糖。在該裝置中不再添加涂膜材料。為 了烘烤產(chǎn)品，向系統(tǒng)內(nèi)泵送每分鐘30立方米的熱空氣(200°C，露點(diǎn)為10°C)。鼓筒的 速度設(shè)定為2rpm。調(diào)整固體在裝置中的運(yùn)動(dòng)以獲得具有120°C出口溫度的產(chǎn)品。如果排 出的產(chǎn)品的溫度低于120°C，則固體進(jìn)口流速降低。相反，如果產(chǎn)品在出口的溫度超過 120°C,則產(chǎn)品流速會(huì)增加。烘烤后的花生餅干融連續(xù)裝置中輸入，用于后續(xù)工序。如 果一次通過該系統(tǒng)就得到所需最終產(chǎn)品，就不需要再進(jìn)行循環(huán)。
實(shí)施例3使用基本上與圖IA所描述相同的裝置并具有如實(shí)施例1所述的相同物理尺寸來 對油烤花生進(jìn)行連續(xù)的巧克力涂膜。主要的區(qū)別在于，使用往復(fù)巧克力歧管代替糖漿添 加管在螺旋部件的每個(gè)區(qū)域中向花生施加巧克力。通過將涂膜鼓筒置于5°C室內(nèi)而使其恒 溫在5°C下。鼓筒的速度為4rpm。起始原料包括油烤花生(也稱為“芯”)，在15°C 下每個(gè)重2g，以lOOOkg/hr的流速進(jìn)入到鼓筒內(nèi)。SOI巧克力沿著鼓筒長度的前2/3部 分以125kg/hr均勻地噴在花生上。5°C的冷卻空氣被泵入鼓筒內(nèi)，流速為50立方米/分 鐘，在與機(jī)器的產(chǎn)品流的相同端(花生入口也在那里)與產(chǎn)品流同向。增加空氣流來獲 得更涼的產(chǎn)品，或降低空氣流來獲得更平滑的產(chǎn)品。大約5分鐘的停留時(shí)間后，涂膜后 的產(chǎn)品從系統(tǒng)中出來，仍然處于15°C下或稍高(如果需要更平滑)。每通過一次系統(tǒng)， 每一涂膜后產(chǎn)品增加大約ll.lwt%。在裝置中的固體流大致是推流，因此，在第一個(gè)涂膜后的產(chǎn)品出現(xiàn)后，就可以 停止輸入空白的花生。涂膜后的產(chǎn)品可以根據(jù)需要多次循環(huán)回到鼓筒的固體入口區(qū)來得 到巧克力殼層所需重量百分比。在本實(shí)施例中，涂膜時(shí)間約為80分鐘。這一結(jié)果表明 每一花生通過螺旋涂膜器大約11次。最終產(chǎn)品由一份花生兩份巧克力構(gòu)成。這樣的巧 克力涂膜工藝在循環(huán)回路中需要大約167kg糖料斗來接受隨著巧克力的增加的產(chǎn)品的重 量增加。如果需要，巧克力涂膜工藝還可以通過使用11個(gè)串聯(lián)鼓筒來實(shí)現(xiàn)。串聯(lián)中的每 一鼓筒的尺寸隨著產(chǎn)品向下游前進(jìn)而增大，以適應(yīng)產(chǎn)品體積的增大。隨著產(chǎn)品向下游前 進(jìn)，存在調(diào)整工藝條件或鼓筒規(guī)格和工藝條件的組合的可能。上述實(shí)施例和詳細(xì)描述僅用于介紹，而不能用于限定本發(fā)明，本發(fā)明由權(quán)利要 求所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于加工食品的氣體-固體接觸裝置，包括鼓筒，該鼓筒具有與內(nèi)管同心的內(nèi)壁以限定在該鼓筒和該內(nèi)管之間的環(huán)形空間，氣源，在氣體入口區(qū)向該環(huán)形空間供給氣體，固體入口部，用于向該鼓筒內(nèi)導(dǎo)入顆粒狀固體，至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)螺旋部件，設(shè)置在該環(huán)形空間內(nèi)以限定在環(huán)形空間中的氣體通道，其中，該裝置適用于對該旋轉(zhuǎn)部件施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以推動(dòng)固體穿過該鼓筒。
2.如權(quán)利要求1的氣體-固體接觸裝置，其中內(nèi)管是封閉的、不透氣的空間。
3.如權(quán)利要求1的氣體-固體接觸裝置，其中內(nèi)管具有通孔，允許氣體流從氣源流入 內(nèi)管內(nèi)并從內(nèi)管進(jìn)入鼓筒和內(nèi)管之間的環(huán)形空間內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1的裝置，其中螺旋部件連接在鼓筒的內(nèi)壁上并從內(nèi)壁徑向向內(nèi)延伸， 并隨著鼓筒旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1的裝置，其中螺旋部件連接在內(nèi)管上并從內(nèi)管徑向向外延伸，并隨著 內(nèi)管旋轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括涂膜材料分配器。
7.如權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括將氣體從鼓筒中排出的氣體排出區(qū)域，和氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)，用于將從鼓筒中排出的氣體進(jìn)行過濾、調(diào)節(jié)該氣體到預(yù)定的溫度和 相對濕度，并將調(diào)節(jié)后的氣體重新導(dǎo)入鼓筒內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1的裝置，其中，鼓筒繞著水平縱向軸線旋轉(zhuǎn)，并且，氣體入口區(qū)和固體入口部位于鼓筒的縱向軸線的大致相反端，使得沿著氣體通道的 氣流基本上與固體在鼓筒中的運(yùn)動(dòng)成逆流。
9.如權(quán)利要求1的裝置，其中，鼓筒繞著水平縱向軸線旋轉(zhuǎn)，并且，氣體入口區(qū)和固體入口部位于鼓筒的縱向軸線的相同端，使得沿著氣體通道的氣流 基本上與固體在鼓筒中的運(yùn)動(dòng)成同向流。
10.如權(quán)利要求8的裝置，其中，內(nèi)管從鼓筒靠近氣體入口區(qū)的一端向內(nèi)延伸到鼓筒的相反端，內(nèi)管的長度限定在鼓 筒內(nèi)的氣體-固體接觸區(qū)域，固體入口區(qū)域從內(nèi)管終止的點(diǎn)開始延伸到固體入口部，這 樣在氣體-固體接觸區(qū)域氣體的流速比在固體入口區(qū)更高。
11.一種對多個(gè)顆粒狀固體進(jìn)行涂膜的方法，包括步驟將顆粒狀固體投入鼓筒內(nèi)，該鼓筒具有與內(nèi)管同心的內(nèi)壁從而在該鼓筒和該內(nèi)管之 間限定環(huán)形空間，螺旋部件設(shè)置在該環(huán)形空間內(nèi)以限定在環(huán)形空間中的氣體通道，螺旋部件可旋轉(zhuǎn)來 推動(dòng)固體穿過該鼓筒，向顆粒狀固體施加涂膜材料以形成涂膜后的顆粒狀固體，旋轉(zhuǎn)螺旋部件來使得涂膜后的顆粒狀固體運(yùn)動(dòng)穿過該鼓筒，使氣體從氣體入口區(qū)沿著由螺旋部件限定的氣體通道流動(dòng)以干燥或固化在顆粒狀固 體上的涂膜材料，從鼓筒中排出涂膜后的顆粒狀固體。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中，內(nèi)管具有通孔，氣體流從內(nèi)管進(jìn)入鼓筒和內(nèi)管之間 的環(huán)形空間。
13.如權(quán)利要求11的方法，包括步驟向在直徑小于鼓筒的輸入管中的顆粒狀固體施加可流動(dòng)涂膜液體，在該固體進(jìn)入鼓 筒前立即在顆粒狀固體上分配可流動(dòng)涂膜材料。
14.如權(quán)利要求11的方法，包括步驟向顆粒狀固體施加冷卻時(shí)會(huì)結(jié)晶的可流動(dòng)涂膜材料，以及 供給溫度低于涂膜材料的氣體以在顆粒狀固體上固化涂膜材料。
15.如權(quán)利要求11的方法，包括步驟 從鼓筒中排出氣體，對排出鼓筒的氣體進(jìn)行調(diào)節(jié)，和 將調(diào)節(jié)的氣體再循環(huán)至氣體入口區(qū)。
16.如權(quán)利要求11的方法，其中，鼓筒獨(dú)立于螺旋部件而旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步包括使具有螺 旋部件內(nèi)管獨(dú)立于旋轉(zhuǎn)鼓筒的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的步驟。
17.如權(quán)利要求11的方法，包括步驟沿著氣體通道的氣流與固體在鼓筒中的運(yùn)動(dòng)成逆流。
18.如權(quán)利要求11的方法，包括步驟沿著氣體通道的氣流與固體在鼓筒中的運(yùn)動(dòng)成同向流。
19.一種制造食物產(chǎn)品時(shí)使氣體和顆粒狀固體接觸的方法，包括設(shè)置鼓筒，該鼓筒具有與內(nèi)管同心的內(nèi)壁從而在該鼓筒和該內(nèi)管之間形成環(huán)形空間，在該環(huán)形空間內(nèi)設(shè)置螺旋部件以限定氣體通道， 將顆粒狀固體從固體入口部導(dǎo)入鼓筒內(nèi)， 旋轉(zhuǎn)螺旋部件使得顆粒狀固體被推動(dòng)在環(huán)形空間中穿過鼓筒， 氣體從氣源流出，沿著由螺旋部件限定的氣體通道進(jìn)入內(nèi)管與鼓筒之間的環(huán)形空 間，并且將顆粒從鼓筒排出。
20.如權(quán)利要求19的方法，包括步驟 從鼓筒中排出氣體，對排出鼓筒的氣體進(jìn)行調(diào)節(jié)，和 將調(diào)節(jié)的氣體再循環(huán)至氣體入口區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在食品制造中使氣體和固體接觸的裝置和方法，特別涉及對食用顆粒狀固體進(jìn)行涂膜。圍繞內(nèi)管設(shè)置鼓筒，從而在鼓筒和內(nèi)管之間形成環(huán)形空間，可旋轉(zhuǎn)的螺旋限定了在環(huán)形空間的氣體通道，從而旋轉(zhuǎn)該螺旋就推動(dòng)顆粒狀固體穿過鼓筒，同時(shí)固體與環(huán)形空間中的氣體相接觸。
文檔編號A23G3/26GK102014653SQ200880119140
公開日2011年4月13日 申請日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者K·R·卡夫諾, P·T·卡舒林斯, R·O·勃蘭特, T·C·布里特 申請人:馬斯公司