用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置
技术领域
本实用新型涉及植物蛋白肉生产设备技术领域，尤其涉及一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置。
背景技术
植物蛋白肉被2019年发布的《麻省理工学院技术评论》评价为年全球十大突破性技术之一，被视为应对2050年动物蛋白供给不足的重要选择。高水分挤压技术是制备植物蛋白肉的最具潜力的技术之一，将植物蛋白等组分进行质构重组，产品具有纤维长度更长，结构更细腻，质地更均匀，接近动物肉，具有即食性的特点。但目前国内外市场上还没有高水分挤压相关产品。主要原因是高水分挤压产品入味困难，肉色不够吸引人，肉味不佳，肉感不强，消费者接受度较低。
中国专利“一种素食午餐肉及其制备方法”(专利号CN101874587B)公开了一种低水分挤压法制备植物蛋白肉坯料的方法，后续进一步浸泡、油炸、调味、加压定型等，得到植物蛋白午餐肉。但其工艺自动化程度较低，挤压后的产品仍需复水、油炸、调味等工艺，生产成本较高，且存在对环境的影响。中国专利“即食仿肉蛋白干的生产方法”(专利号CN103431056B)公开了一种用组织蛋白生产即食仿肉蛋白干的生产方法，步骤包括浸泡、脱水、卤制、定型、二次卤制、二次脱水等。虽然其产品具有内外味道一致，口感好且有弹性的特点，但其工艺步骤繁琐，费时费力。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置，用以解决现有的制备植物蛋白肉的方法成本高、工艺繁琐的问题，以提高植物蛋白肉的产能。
本实用新型实施例提供一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置，包括双螺杆挤压机、固体喂料器、第一液体喂料器、第二液体喂料器和三通接头，所述固体喂料器的出料口朝向所述双螺杆挤压机的进料口，以提供粉体物料；所述第一液体喂料器连接于所述三通接头的第一进口，以提供水；所述第二液体喂料器连接于所述三通接头的第二进口，以提供色素和香精溶液；所述三通接头的出口连通于所述双螺杆挤压机的筒体。
其中，所述第一液体喂料器包括水箱和离心泵，所述水箱的出水口通过所述离心泵连接于所述三通接头的第一进口。
其中，所述第一液体喂料器的出水流速与所述固体喂料器的粉料流速的比值为80％～120％。
其中，所述第二液体喂料器包括喂料桶、搅拌机构、加热机构、出液管和螺杆泵，所述搅拌机构安装于所述喂料桶内，所述喂料桶的出口、所述螺杆泵和所述出液管的进口依次连接，所述出液管的出口连接于所述三通接头的第二进口；所述加热机构用于加热所述出液管。
其中，所述螺杆泵的频率在5Hz～50Hz之间连续可调。
其中，所述螺杆泵的出液流速为2kg/h～15kg/h。
其中，所述固体喂料器的粉料流速为5kg/h～20kg/h。
其中，所述双螺杆挤压机沿输送方向划分为六个加工段，依次为喂料段、输送段、混合段、蒸煮段、熔融段和传递段；每个所述加工段的螺杆均套设有正向输送元件，所述输送段、所述混合段、所述蒸煮段和所述熔融段的螺杆还套设有正向啮合元件；所述蒸煮段和/或所述熔融段的螺杆还套设有反向输送元件，所述混合段和/或所述蒸煮段的螺杆还套设有反向啮合元件。
其中，所述双螺杆挤压机的进料口连通于所述喂料段，所述三通接头的出口连接于任一所述加工段。
其中，还包括成型模具、冷却机构和切割机构，所述成型模具的进口端连接于所述双螺杆挤压机的输出口，所述冷却机构套设于所述成型模具的外侧，所述切割机构设置于所述成型模具的出口端
本实用新型实施例提供的用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置，包括双螺杆挤压机、固体喂料器、第一液体喂料器、第二液体喂料器和三通接头，固体喂料器的出料口朝向双螺杆挤压机的进料口，用于向双螺杆挤压机提供粉体物料。第一液体喂料器连接于三通接头的第一进口，以提供水；第二液体喂料器连接于三通接头的第二进口，以提供色素和香精溶液；三通接头的出口连通于双螺杆挤压机的筒体，以将水及色素和香精溶液同时加入双螺杆挤压机中，在挤压过程中与粉体物料混合均匀。该用于制备植物蛋白肉的调色调味装置改善了高水分挤压法制备植物蛋白肉入味困难，肉色不够吸引人，肉味不佳，肉感不强等产品缺陷，且掩盖了豆腥味。整个调色调味工艺均实现流水线操作，简化了工艺流程，无废气和废水排放，进一步提高了高水分挤压技术的生产效率，产品肉色均匀，肉味丰润，口感劲道，具有即食性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例中的一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置的结构示意图；
图2是图1中第一液体喂料器的结构示意图；
图3是图1中第二液体喂料器的机构示意图；
附图标记说明：
1：双螺杆挤压机；11：进料口；12：螺杆；
2：固体喂料器；3：第一液体喂料器； 31：水箱；
32：离心泵； 4：第二液体喂料器； 41：喂料桶；
42：搅拌机构； 43：加热机构；431：第一加热水套；
432：加热离心泵；433：第二加热水套； 44：出液管；
45：螺杆泵； 46：操作台；5：三通接头；
6：成型模具；7：冷却机构； 71：出水管；
72：进水管； 8：切割机构； 81：切刀；
82：刀座； 9：植物蛋白肉； 10：喂料段；
20：输送段； 30：混合段；40：蒸煮段；
50：熔融段； 60：传递段。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在实用新型实施例中的具体含义。
图1是本实用新型实施例中的一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例提供的一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置，包括双螺杆挤压机1、固体喂料器2、第一液体喂料器3、第二液体喂料器4和三通接头5，固体喂料器2的出料口朝向双螺杆挤压机1的进料口11，以提供粉体物料。第一液体喂料器3连接于三通接头5的第一进口，以提供水。第二液体喂料器4连接于三通接头5的第二进口，以提供色素和香精溶液。三通接头5的出口连通于双螺杆挤压机1的筒体。
具体地，双螺杆挤压机1包括机筒、两根平行的螺杆12以及驱动机构(图中未示出)，机筒上开设有进料口11，螺杆12设于机筒内，驱动机构的输出端连接于螺杆12，以驱动螺杆12旋转。双螺杆挤压机1可以选择同向啮合型和异向啮合型或者非啮合型，本实施例中以同向啮合型为例进行说明。驱动机构的输出转速可以为定转速，也可以为变转速，本实施例中采用变速的驱动机构，以满足不同的使用需求。更具体地，在挤压过程中，螺杆12的转速为150r/min～300r/min之间。
固体喂料器2可以采用水平式螺旋喂料器，包括驱动电机、壳体和螺旋轴，壳体上设有装料口和出料口，通过驱动电机带动螺旋轴旋转，进而输送物料。螺旋轴的数量可以为一个，也可以为多个，本实施例中以两个螺旋轴为例进行说明，利用双轴的固体喂料器2输送粉状物料，可以保证多种原料的均匀混合，同时防止粉料结块。
第一液体喂料器3用于将水补入双螺杆挤压机1内，以提高植物蛋白肉的水分含量，更接近动物肉，提高食用口感；第二液体喂料器4用于将色素和香精溶液补入双螺杆挤压机1内，以在线调节植物蛋白肉的颜色和香味，提高外观、色泽和风味。
三通接头5可以为直角接头或者45°接头。本实施例中采用45°接头，第一进口和第二进口的夹角为45°。利用三通接头5将第一液体喂料器3和第二液体喂料器4的输出液同步输入双螺杆挤压机1，在挤压过程中通过螺杆旋转与植物蛋白原料混合均匀，完成原料的熟化、拉丝和成型。
本实施例提供的一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置，包括双螺杆挤压机、固体喂料器、第一液体喂料器、第二液体喂料器和三通接头，固体喂料器的出料口朝向双螺杆挤压机的进料口，用于向双螺杆挤压机提供粉体物料。第一液体喂料器连接于三通接头的第一进口，以提供水；
第二液体喂料器连接于三通接头的第二进口，以提供色素和香精溶液；三通接头的出口连通于双螺杆挤压机的筒体，以将水及色素和香精溶液同时加入双螺杆挤压机中，在挤压过程中与粉体物料混合均匀。该用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置改善了高水分挤压法制备植物蛋白肉入味困难，肉色不够吸引人，肉味不佳，肉感不强等产品缺陷，且掩盖了豆腥味。整个调色调味工艺均实现流水线操作，简化了工艺流程，无废气和废水排放，进一步提高了高水分挤压技术的生产效率，产品肉色均匀，肉味丰润，口感劲道，具有即食性。
进一步地，如图2所示，第一液体喂料器3包括水箱31和离心泵32，水箱31的出水口通过离心泵32连接于三通接头5的第一进口。具体地，通过调节扬程大小来控制离心泵32的流速，可以在离心泵32的出口管路安装调节阀。第一液体喂料器3的最大流速为20kg/h。
更进一步地，第一液体喂料器3的出水流速与固体喂料器2的粉料流速的比值为80％～120％。
进一步地，如图3所示，第二液体喂料器4包括喂料桶41、搅拌机构42、加热机构43、出液管44和螺杆泵45，搅拌机构42安装于喂料桶41内；喂料桶41的出口、螺杆泵45和出液管44的进口依次连接，出液管44的出口连接于三通接头5的第二进口。加热机构43用于加热出液管44。
具体地，喂料桶41内放置有色素和香精溶液，香精可以采用肉味香精，均为可食用级别。可以通过调节色素和香精的用量，配制成预设浓度的溶液。然后色素和香精溶液经过搅拌机构42进一步搅拌均匀，接着输送至螺杆泵45。利用螺杆泵45通过出液管44连接于三通接头5的第二进口。
加热机构43可以采用电加热、蒸汽加热套管、加热水套或者加热油套等加热方式。本实施例中以加热水套的方式为例进行说明，加热机构43包括热水储液桶以及套设于出液管44的外部的第一加热水套431，第一加热水套431的进水口和出水口均通过管道连接于热水储液桶，进水管道上还安装有加热离心泵432，用于实现热水循环。
更进一步地，喂料桶41的外侧也可以套设第二加热水套433，第二加热水套433的进水口和出水口均通过管道连接于热水储液桶，第一加热水套431和第二加热水套433可以共同接入热水循环管路，利用开关阀实现管路的切换。热水储液通还设有热水补充口，用于补充热水，保证持续供热。
更进一步地，第二液体喂料器4还包括操作台46，搅拌机构42、加热机构43和螺杆泵45均电连接于操作台46，操作台46上设置有开关和按钮，用于控制搅拌机构42、加热机构43和螺杆泵45的启停。第一液体喂料器3和第二液体喂料器4均可以安装在移动小车上，方便进行位置变换。
更进一步地，螺杆泵45的频率在5Hz～50Hz之间连续可调。螺杆泵45采用变频泵。更进一步地，螺杆泵45的出液流速为2kg/h～15kg/h。
进一步地，固体喂料器2的粉料流速为5kg/h～20kg/h。
进一步地，还包括成型模具6、冷却机构7和切割机构8，成型模具6的左端连接于双螺杆挤压机1的输出口，冷却机构7套设于成型模具6的外侧，切割机构8设置于成型模具6的出口端。冷却机构7设置于成型模具6的右部，靠近成型模具6的出口端，以实现对植物蛋白肉9的定型。切割机构8用于将从成型模具6的出口端导出的植物蛋白肉9进行切割，形成可以直接分袋包装的即食的植物蛋白肉9。成型模具6的形状可以根据实际需要进行设计，可以为管状或者长方体状等等。本实施例中以管状为例进行说明。
更进一步地，成型模具6的进口端还安装有分流板(图中未示出)，分流板用于对熔融体进行分散，熔融体流过分流板以后可以具有类似动物肉的纹路，增加植物蛋白肉的外形仿真度，激发消费者的食欲，进而提高产品的销量。通过使用不同形状的分流板，模拟不同类型的动物肉。具体地，分流板为一设有多个孔道的圆板，分流板沿成型模具6的进口端的径向安装。孔道的数量为5个～50个。
更进一步地，成型模具6包括相互连接的渐缩锥形管段和圆形管段，分流板固定安装于渐缩锥形管段的大径端(即左端)，冷却机构7套设于圆形管段的外侧，切割机构8设置于圆形管段的出口端。更进一步地，渐缩锥形管段的直径变化幅度为2mm～35mm。
更进一步地，如图1所示，冷却机构7为循环水套，循环水套上连通有进水管72和出水管71，冷却温度为30℃～80℃。循环水套通过进水管72和出水管71连接于外部的冷却水系统，保持成型模具6的出口段部分的冷却定型效果。
更进一步地，如图1所示，切割机构8包括切刀81和刀座82，切刀81连接于切刀气缸的输出杆，切刀81和刀座82相对设置于成型模具6的出口端的两侧。切刀81的往复运动频率为0.3s/次～10s/次。往复频率可以通过切刀气缸的进气和排气速率来实现调节。
进一步地，如图1所示，双螺杆挤压机1沿输送方向划分为六个加工段，依次为喂料段10、输送段20、混合段30、蒸煮段40、熔融段50和传递段60；每个加工段的螺杆12均套设有正向输送元件，输送段20、混合段30、蒸煮段40和熔融段50的螺杆12还套设有正向啮合元件；蒸煮段40和/或熔融段50的螺杆12还套设有反向输送元件，混合段30和/或蒸煮段40的螺杆12还套设有反向啮合元件。
喂料段10的功能为将粉状物料喂入挤压机的机筒中；输送段20的功能为将粉体物料进行搅拌和将粉状物料向前推进；混合段30的功能为将粉状物料与水等液体混合均匀；蒸煮段40的功能为将糊状物料进行加热蒸煮和剪切；熔融段50的功能为对熔融物料进一步加热和延长物料移动时间；传递段60的功能为将熔融物料输送至挤压机的机筒末端。
螺杆12为外表面设有沟槽(或外花键)的转轴，输送元件和啮合元件的内壁面设有与沟槽相配合的键(或者与外花键相配合的内花键)，以套设于螺杆12上。不同的加工段上根据功能不同套设有不同尺寸、不同类型和/或不同数量的元件。更具体地，螺杆12的直径为20mm～50mm，长度与直径的比值为20:1～30:1。在一个具体地实施例中，螺杆12的直径为36mm，长度与直径的比值为24:1。
输送元件包括正向输送元件和反向输送元件，均采用螺纹元件，可以为单头螺纹螺槽、双头螺纹螺槽或者三头螺纹螺槽，还可以根据需求采用不同的导程。正向输送元件的输送方向与挤出方向一致，主要用于输送和混合；而反向输送元件的输送方向与挤出方向相反，作为阻力元件，用于形成密封和建立高压。
啮合元件包括正向啮合元件和反向啮合元件，均采用多个片状的啮合块(或者剪切块)交错拼成，交错的角度一般包括30°、45°、60°和90°。正向啮合元件主要用于物料的混合剪切，同时也具有输送能力。反向啮合元件主要作用为增大物料前移的阻力，使背压上升，增加物料在高剪切区的循环流动，从而达到强力分散、混合的目的。
更进一步地，双螺杆挤压机1的进料口11连通于喂料段10，三通接头5的出口连接于任一加工段。
在一个具体的实施例中，还提供一种利用上述用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置的方法，包括：
将花生蛋白、大豆蛋白和小麦蛋白混合均匀后放入固体喂料器2中；其中，上述原料的水分含量均小于或者等于7％，可以采用混料机对原料进行充分斩拌混料。
将水放入于第一液体喂料器3中，将色素和香精配成预设浓度的溶液，放入第二液体喂料器4中；
开启双螺杆挤压机1、固体喂料器2、第一液体喂料器3和第二液体喂料器4，调节双螺杆挤压机1的螺杆12的转速、固体喂料器2的粉料流速、第一液体喂料器3的出水流速和第二液体喂料器4的出液流速。
更进一步地，螺杆12的转速控制在150r/min～300r/min之间。固体喂料器2的粉料流速控制在5kg/h～20kg/h，优选为6kg/h～15kg/h。第一液体喂料器3的出水流速与固体喂料器2的粉料流速比控制在80％～120％。第二液体喂料器4的螺杆泵45的频率控制在5Hz～15Hz，使色素和肉味香精溶液的流速为2kg/h～15kg/h。
下面结合具体的实施例和对比例来进行说明。
首先，对植物蛋白肉进行感官评价的定义，具体内容见表1。
表1植物蛋白肉感官评价标准释义
注：非常好(8-10)，好(6-8)，一般(4-6)，差(1-3)
实施例1
一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味方法，包括如下步骤：
(1)原料混合：将植物蛋白原料约3kg，包括花生蛋白、大豆蛋白和小麦蛋白混合均匀，放置于固体喂料器2内。
(2)调色调味液配备：将水放置于第一液体喂料器3中；再将色素和肉味香精配成一定浓度的溶液，搅拌均匀，放置于第二液体喂料器4中。
(3)设备组装：将装配好的螺杆12放入双螺杆挤压机1的机筒内，并将成型模具6与机筒连接；将固体喂料器2、第一液体喂料器3、第二液体喂料器4和三通接头5与双螺杆挤压机1的机筒通过螺纹连接。
(4)预热：对双螺杆挤压机1的机筒和成型模具6进行预热。
(5)挤压成型：同时开启双螺杆挤压机1、固体喂料器2、第一液体喂料器3和第二液体喂料器4，在挤压过程中完成原料的熟化、拉丝、成型和调色调味。
具体运行参数：螺杆12的转速为180r/min，固体喂料器2的粉料流速为6kg/h。第一液体喂料器3的出水流速与固体喂料器2的粉料流速比为80％。第二液体喂料器4的频率为5Hz，使色素和肉味香精溶液的流速为2kg/h。
本实施例所制得的植物蛋白肉感官品质如下：
实施例2
一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(5)中固体喂料器2的粉料流速为12kg/h。
本实施例所制得的植物蛋白肉感官品质如下：
实施例3
一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(5)中，第一液体喂料器3的出水流速与固体喂料器2的粉料流速比为110％。
本实施例所制得的植物蛋白肉感官品质如下：
实施例4
一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(5)中，第二液体喂料器4的频率为15Hz，使色素和肉味香精溶液的流速为6kg/h。
本实施例所制得的植物蛋白肉感官品质如下：
对比例1
一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(5)中固体喂料器2的粉料流速为30kg/h。
本实施例所制得的植物蛋白肉感官品质如下：
对比例2
一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(5)中第二液体喂料器4内为不含色素和肉味香精的水。
本实施例所制得的植物蛋白肉感官品质如下：
对比例3
一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(5)中，关掉第二液体喂料器4。
本实施例所制得的植物蛋白肉感官品质如下：
对比例4
一种用于制备植物蛋白肉的联动调色调味方法，具体操作步骤同实施例1，区别仅在于：步骤(5)中，第二液体喂料器4的频率为30Hz，使色素和肉味香精溶液的流速为12kg/h。
本实施例所制得的植物蛋白肉感官品质如下：
将实施例1～4、对比例1～4的测试结果进行汇总，制作得到的植物蛋白肉感官品质的对比结果，如表2所示：
表2对比结果
通过上述对比结果可以看出，实施例1中的运行参数最优，实施例1～4中的运行参数均优于对比例1～4。
通过以上实施例可以看出，本实用新型提供的用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置，包括双螺杆挤压机、固体喂料器、第一液体喂料器、第二液体喂料器和三通接头，固体喂料器的出料口朝向双螺杆挤压机的进料口，用于向双螺杆挤压机提供粉体物料。第一液体喂料器连接于三通接头的第一进口，以提供水；第二液体喂料器连接于三通接头的第二进口，以提供色素和香精溶液；三通接头的出口连通于双螺杆挤压机的筒体，以将水及色素和香精溶液同时加入双螺杆挤压机中，在挤压过程中与粉体物料混合均匀。该用于制备植物蛋白肉的联动调色调味装置改善了高水分挤压法制备植物蛋白肉入味困难，肉色不够吸引人，肉味不佳，肉感不强等产品缺陷，且掩盖了豆腥味。整个调色调味工艺均实现流水线操作，简化了工艺流程，无废气和废水排放，进一步提高了高水分挤压技术的生产效率，使生产效率提高50％以上。生产得到的植物蛋白肉的水分含量为60％～80％，更接近动物肉，产品肉色均匀，肉味丰润，口感劲道，具有即食性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
