專利名稱：加速形成功能性肉混合物的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加工肉的方法和設備。
背景技術：
在制作某些加工肉制品如波洛尼亞香腸和熱狗的工業系統中，塊狀或片狀生肉與其它配料如調味料一起碾磨、剁碎和/或與一種或多種鹽溶液或鹽水另外混合，用來制造混合物，該混合物隨后能形成穩定的肉糜或蛋白質基質。碾磨、剁碎和/或其它加工的類似步驟也用于制作粗磨產品如香腸，全肉制品如已加工火腿或已加工火雞，和其它已加工肉制品。在每種情況下，蛋白質形成了基質，用于將分離的片固定或粘合到一起。
穩定的蛋白質基質需要蛋白質粘合物懸浮于或與脂肪和水粘合。就此而論，形成蛋白質粘合物需要通常所知的蛋白質提取的步驟。在該步驟中，作為在鹽或鹽溶液中加工或混合肉的結果，鹽溶的或可用鹽提取的熱凝蛋白如肌球蛋白、肌動球蛋白和肌動蛋白與水結合，膨脹并變得有粘性。在加熱蛋白質以形成蛋白質粘合物時，該蛋白質隨后凝固。其它肌原纖維蛋白質、肌漿蛋白質、或水溶性的或可提取的蛋白質，也都可在形成粘合時起作用。可以用于蛋白質提取的鹽溶液包括氯化鈉、焦磷酸鈉或二磷酸鈉、氯化鉀、乳酸鈉和乳酸鉀，但并不限于此。在這里描述的蛋白質提取中，被認為是主要用于形成粘合物的機理包括蛋白、鹽、脂肪和/或水的結合以及隨后的蛋白質膨脹，而不是蛋白質的溶解作用。更準確地說，可以認為，鹽溶液釋放了蛋白質的互相結合的結合位置，以及與水和脂肪的結合的結合位置。熟制品的顆粒相互間通過蛋白質而粘接，用于保證最終肉制品的完整性。
如同此處的使用，穩定的肉蛋白質基質指的是在包括烹飪的進一步加工期間以及在最終產品的儲藏期限內，保持其高百分含量的組分的混合物。例如，如果由于在烹飪階段脂肪逸出時產品重量損失低于2％，則肉糜被認為是穩定的。如果該蛋白質基質不穩定，則蛋白質基質或最終產品將會過量損失水或脂肪。不穩定的蛋白質基質導致產量損失，且對于最終產品而言，其不能在其預期的儲藏期限內維持足夠的完整性。
傳統的批量加工是一個漫長的過程，需要許多不連續的步驟。起初，各種肉以指定的含量由供貨方提供。更具體的是，這些提供的肉具有指定的蛋白、脂肪和/或水含量，通常為重量百分含量。將批量表單提供給加工廠員工，其顯示了什么樣的肉、水和添加劑結合的混合物用來生產多種肉制品中的一種。
盡管采購在加工工廠之外完成，但是，該批量表單基于工廠中目前現有肉的信息。盡管如此，該批量表單常常需要調整。例如，特定的供貨方可提供具有蛋白質含量70％的肉，而實際的肉在含量上稍有一點不同，如68％的蛋白質含量。由于批量表單是基于采購且肉的參數由供貨方提供，因此工廠員工常常必須基于對所需最終產品的配方，來調整被選擇用于肉制品的肉。對該最終產品混合物進行小心的控制。例如，特定產品如熱狗可具有不超過重量30％的脂肪。如果使用特定肉，而其脂肪含量大于批量表單所需要的，則該最終產品可能有過量的脂肪。為了避免這些，工廠員工將通過其它肉增加蛋白質，來平衡脂肪含量。
令人遺憾的是，這是不必非常精確的步驟。每種肉，以及一批肉中的每塊肉可與選取的且假定為平均值的樣品顯著不同。一旦水和其它添加劑混合到該批次中，則可能難于改變該平衡。有時，最后一批被確定為不精確的混合，且補救工序必須進行，如將該批與附加校正材料進行混合。為了降低不精確批次的可能性，提供了相對較大量的肉用于一個單獨批次，希望由具有不正常含量的肉類部分所導致的成分偏差來減小或使之變成平均值。用于一批次的特定肉類通常的量約為2000磅。
用于混合肉和其它配料并提取蛋白質的批量加工是公知的。一個對純肉制品比如已加工火雞和已加工火腿完成蛋白質提取和配料混合的公知方法包括，用皮下注射針刺穿該純肉，用針注入鹽水，以及使用分批處理機或攪拌器在真空條件下加工該肉約45分鐘以除去空氣，如下所述。對于粗磨和成糜產品而言，肉被磨碎并與水、鹽溶液、調味料和/或其它配料一起添加到分批處理機中，且在真空或非真空中加工達一小時，或例如15到45分鐘。
大的分批攪拌器每小時可加工約6000-12000磅肉。包括肉和添加劑的肉制品組分在低剪切力的分批攪拌器中混合。該攪拌步驟一般需要30-60分鐘進行混合。在這段時間，這些組分變成混合物，其會形成穩定的蛋白質基質。
當每種純肉制品、粗磨產品和成糜產品的混合物允許鹽溶液達到可用鹽提取的蛋白質時，穩定的蛋白質基質就形成了。已知為腌制的該過程實現了蛋白質提取。對于純肉制品，通過針插入到肉塊中來輸入鹽水的注射來試圖減少鹽溶液必須擴散穿過肉的距離，這是一個相對不精確的方法。該腌制步驟通常需要充分擴散24-48小時，且該批次在腌制的時間中存儲在位于冷卻器的桶中。一旦該蛋白質提取已出現，混合物就可隨后進行下一步加工。
計算輸入組分，以用來生產特定數量的熟產品。如果過量的水或脂肪在攪拌后例如在烹飪步驟中損失，則該仔細調節的水、脂肪和肉的比例將會脫離目標。如果脂肪在烹飪步驟之前損失，其常常殘留在用于混合物加工的機器或管道中。這能導致機器的故障時間、機器損壞的可能性和更多的清理機器的勞動。此外，某種程度上，熟的成糜產品一定程度上依賴于無蛋白或無結合材料來提供合適的質理。這些蛋白質相互間結合形成基質，且在缺少足夠的脂肪或水時，這些結合可形成更大的、更堅固的基質，從而使該產品變得稍微有彈性。相反，如果有太多的水，則熟產品會太軟且缺乏整體性。
如該處使用的術語“添加劑”廣義上可指鹽水溶液、無鹽的水、香料漿、亞硝酸鹽或其它添加劑。盡管鹽水溶液和肉本身均包含水，但最終產品的余量通常用一些水調節。該香料漿例如提供調味品。一種添加劑為通常的亞硝酸鹽，其用作防腐劑并提供所需的顏色。也可包括其它惰性添加劑，如玉米淀粉或非功能性蛋白質。
當這些混合物組分在攪拌器中攪拌1小時，與空氣的接觸可能在肉片表面產生泡沫。具有可見空氣的最終產品可能是無法接受的。在一些情況下，該產品必須重新加工并且與隨后的批次攪拌。產品中的空氣可以表面氣泡或者表面坑洞的形式而出現。殘存空氣也可使產品在烹飪時膨脹，或可能導致產品在其內部具有可見的氣泡。
空氣也可以其它形式來影響該產品。例如，部分蛋白質因為空氣的存在而變性，降低肉與脂肪和水結合的功能。空氣也能與亞硝酸鹽起反應來阻止產生所需的顏色。最終的顏色可能隨之變成為不合要求的或令顧客討厭。
為了避免把空氣攪拌入混合物中，可以在攪拌過程中使用真空壓力。這需要另外的裝配，包括真空裝置本身和用于維持壓力的密封件。該真空系統和密封件需要維修，且偶爾的漏氣會導致低等級的產品。
雖然上述攪拌器用于工業上多年，但是它們都具有顯著缺陷。例如，其中一個問題是空氣會不合要求地進入到產品中。攪拌器的另外一個缺陷包括基于其大尺寸的空間需要和成本，勞動力成本，用于加工每一批次的時間長度，桶處理和輸送導致的產量損失，以及與設備清潔相關的時間和花費。

發明內容
本發明涉及用于加工肉制品的改進方法和設備，其在設備的尺寸、加工所需要的時間、加工過程的控制和/或生產加工的其它方面提供了顯著的優點。
在一個實施例中，提供了用于加速肉制品的穩定肉類混合物形成的方法和設備。將輸入組分流如肉、水、鹽溶液、調味料和其它配料輸入到攪拌器中。組分在鹽水溶液存在的情況下承受高剪切力。高剪切力使形狀變形并可以減小肉片的大小，從而使蛋白質與鹽溶液發生密切接觸。該密切接觸導致在較短的攪拌器暫停或停止時間里有效且高效的蛋白質提取和組分混合，所述時間可約小于1分鐘。用這種方法，可以快速地生產出用于每種肉糜產品、粗磨產品和純肉制品的穩定的功能性肉類蛋白質基質，其包括提取的蛋白質。
在另一實施例中，提供了減少配料在肉中擴散時間的方法和設備。輸入組分包含肉，其在高剪切力作用下進行加工和變形，從而使蛋白質絲變得拆開和疏松多孔，這樣可以使鹽溶液和配料易于進入其中。這使得用于肉的加工時間減少，同時實現包括蛋白質提取所必須的鹽溶液在內的配料的適當分散和擴散。
依照本發明的實施例，該優選設備包括位于外殼內的至少一個可旋轉攪拌裝置上的旋轉部件。每個攪拌裝置可包含多個旋轉攪拌部件如攪料槳、槳葉或螺旋槳，或可包含單個部件如單個螺旋槳、槳葉或攪拌槳。該攪拌裝置被可拆式地支撐于一個或多個軸上。為了有助于設備的徹底清潔而不用拆開，這些部件優選與其相連的軸為一個整體。在一些實施例中，攪拌部件和軸可焊接在一起或構成為一體式的加工零件。
依照本發明實施例的一個攪拌器包含多個旋轉攪拌部件，當混合物向前推進通過該設備時，所述旋轉攪拌部件推動部分或全部的混合物通過攪拌部件與攪拌器外殼內表面之間、不同對的攪拌部件之間的大約0.08英寸的一個或多個縫隙。
該系統優選實現了充分的蛋白質提取、混合和在一些情況下加工時間少于5分鐘的浸漬，并且認為能夠在少于1分鐘內實現充分的蛋白質提取、混合和浸漬。在一個具體實施例中，加工時間為約45秒。用于將指定混合物部分輸送通過處理機的平均時間為約10-60秒。在這段時間中，攪拌器能夠使包含塊狀或片狀生肉的配料，連同鹽溶液、水、調味料等組成混合物，該混合物在烹飪時將形成內聚性的、自支撐的已加工肉制品而不用進一步的蛋白質提取或浸漬，也稱之為穩定的蛋白質基質，其保持可預測的且可接受的脂肪和水含量。應當指出，對于一些產品，如波洛尼亞香腸和熱狗而言，可以進行進一步的加工步驟，其可以偶爾伴隨有額外的蛋白質提取。
在一些實施例中，攪拌可在壓力等于或大于大氣壓的條件下進行，使混合物不會曝氣。組分輸入攪拌器中，且在那里滯留時間相對較短。混合物在相對缺氧的環境中，不會出現混合物的曝氣。這就消除了出現在肉制品中附帶空氣的問題，并且不需要用于攪拌器的真空系統。在其它實施例中，該攪拌操作可在真空環境中進行，如在25-29英寸Hg柱的真空度下。
在再一實施例中，加工過程生產了低脂或無脂肪的肉糜產品，其具有與全脂產品相似的質地。短時間高剪切加工的使用會導致不形成蛋白質結構的產品，該結構給傳統低脂或無脂肪產品帶來非預期的質地。可以使用該加工處理而無需添加惰性配料或水來阻止形成蛋白質結構。已加工的肉糜形成了穩定且帶有形成預期組織的最佳蛋白質結合的肉糜。
該加工可避免明顯的蛋白質滲出物在純肉和粗磨產品上形成。短時間高剪切加工的使用有助于消除肉或肉制品表面上的滲出物。此外，如這里所述的除去腌制階段有助于消除滲出物。在不允許肉類混合物停止相當長的時間時，就不會形成蛋白質滲出物。
該方法和設備，在一些實施例中，使用單片機器用于低速、大量磨碎、攪拌和成糜。該單片機器可兼有初始尺寸的變小、攪拌和磨碎組分、提取蛋白質、和最終成糜等功能。對組分的連續加工可以通過上述這種系統來進行。
在一個實施例中，該方法包括輸送若干輸入食品配料流，其包含一種或多種肉類配料流；測量至少一種肉類配料流的至少一種組分；基于使用前饋分析的測量來控制輸入食品配料流的相關流率，以在混合流中將至少一種組分所占的百分比保持在預定范圍內。在該處使用了兩種肉類配料流，它們可以通過脂肪含量來區別開，其中一種肉類配料流具有比另一種高得多的脂肪含量。除了一種或種肉類配料流之外，其它輸入流可單獨地或相組合地包含水、鹽溶液、調味料、防腐劑和其它配料。
該控制系統優選包括至少一個響應于來自分析儀的輸出數據而用于測量至少一種肉類的輸入流成分特性和調節一種或多種輸入流率的在線分析儀。該系統可直接測定成分特性如脂肪含量，或可以測定相關特性如含水量，從含水量可以估算出脂肪含量。該控制系統可包含若干在線分析儀，以用于分析若干不同種類輸入流的成分特性。該控制系統優選使用一個或多個泵或閥而用于每種食品輸入流。流率可通過改變泵速、通過間歇泵送操作、通過開關一個或多個閥、通過改變具有一個或多個測量閥的流率、或通過其它方法，來調節流率。該控制系統因此可以控制組合流率和輸入流的相關流率。相關流率可以通過控制系統進行調節，并且基于分析儀對成分特性的分析。
前饋組成分析使得能夠對輸入流的流率進行快速調節，以控制脂肪含量、蛋白質含量、含水量和/或其它多種組合流，而無需依靠基于在組合流中測量組分的反饋回路。通過在輸入端引入所需比例的受控制組分，該前饋控制系統也可通過消除與添加與攪拌進去額外的配料相關的延遲來改進加工時間，從而校正偏離所需含量標準的偏差。該前饋控制系統因此使得可以生產具有所需組成的混合物或摻和物，其由在輸入端引入的配料形成，且通過該處理機的單獨通道流出，而無需對處理機的任何輸出再循環。
另一實施例通過提供獨立的、互連的系統而減少了肉類加工設備部件的必要數量。物料可放在輸入漏斗或類似部件中，且每個漏斗經由輸入管線而輸送到攪拌器。輸入速率以穩定的方法來控制，以便適當平衡的物料輸送到攪拌器。該控制通過系統控制器來進行，該控制器接受用于特定肉制品的指定配方，如批量表單數據或配方規則。該系統控制器隨后能考慮物料組成與所需的輸出組成的關系和使用來自批量表單的肉制品的所需配方、控制泵、攪拌器和其它裝置，來滿足該配方的要求。該攪拌器減少和組合好所引入的物料，對其進行浸漬并攪拌，且進行蛋白質提取以便使脂肪和水與肉類蛋白質相結合，從而形成穩定的混合物。該混合物可隨后自動的傳遞到下一步的加工中。該進一步的加工可以是包裝或形成填密，和/或烹飪或加熱加工的步驟。
在再一實施例中，該自動并互連的系統可作為從開始到結束的肉制品生產過程中的一部分來使用。控制系統可以收集并下載分析數據，以及使用數據作進一步分析。根據配方中使用的每種物料或肉的實際組分，可檢驗數據以確定實際的輸入配方或者系統控制器能執行該功能并將該信息提供給數據庫。該信息可用來比較最終產量與輸入物料，并可用于檢驗特定供貨方提供的肉中脂肪/肉/水比例趨向，但并不限于此。此外，該信息可用于提供準確的各種物料消耗比例圖，并允許用來作有效且精密的物料訂購。
更具體的是，本發明的用于肉類加工的方法的實施例包括將多種組分，如一種或多種肉類、添加劑和鹽溶液，放入具有至少一個旋轉裝置的攪拌器中，并且對于攪拌器中的多種組分施加高剪切力而使組分在攪拌器中混合，以形成穩定的肉類混合物。添加劑可包含亞硝酸鹽、水和香料或香料添加劑。在剪切力施加于組分上時，鹽溶液可與肉中的蛋白質相結合，此時肉蛋白質絲變形，且允許鹽溶液擴散至其中。
在一個實施例中，攪拌器可具有第一和第二旋轉裝置，其相互之間緊鄰并且與攪拌器外殼的內表面緊鄰地安裝。該攪拌器通常具有輸入端和輸出端，且在攪拌過程中可在相對較短的時間段內(即少于5分鐘，且在一些實施例中少于1分鐘)推動這些組分從輸入端到輸出端。在最優選的實施例中，攪拌時間少于45秒且通常大于10秒。本發明的方法可可以是連續的或分批的加工過程。
本發明的加工肉類的方法包括，提供攪拌器的系統，其中攪拌器具有帶內表面的外殼、輸入端、輸出端和一對在外殼中加工組分的移動裝置。組分如具有可用鹽提取的蛋白質絲的肉以及例如為鹽溶液和/或脂肪的添加劑被輸入到系統中，并被迫從攪拌器的輸入端到輸出端。在攪拌器中，通過使移動裝置運動，就在移動裝置之間以及可能在移動裝置與外殼內表面之間對組分施加高剪切力。移動裝置可以相互之間緊鄰且與攪拌器外殼內表面緊鄰地安裝。移動裝置可以安裝成與外殼的內表面的間隔約在1/8英寸內。移動裝置可旋轉，且可以使用一個或多個泵來推動組分通過攪拌器。
使用本發明的方法和設備加工肉類可包含肉片，且高剪切力可促使在移動裝置與內表面之間的肉類組分減小肉片的大小。組分可以是流體的形式，一般為具有穩定蛋白質基質的肉類混合物，其從攪拌器的輸出端排出。依據本發明的方法和設備制作的肉類混合物傾向于由于脂肪逸出，而允許肉類混合物具有少于2％的重量損失。
移動裝置可以是在旋轉軸上的攪拌部件，且它們可具有用于轉動旋轉軸的動力。移動裝置可包含螺桿，且可以有位于該螺桿上的多個獨立的、不連續的突起。每個突起可具有鋒利邊緣和轉角的齒，所述齒能刺穿肉來促進蛋白質提取，且每個所述齒具有至少一對通常的平行側面和四邊形的端面。每個突起可包含矩形外表面，一對與所述外表面相交的平行側面，以及一對與所述外面的側面相交的平行端。
本發明的設備也具有將組分輸入攪拌器中以形成穩定肉類混合物的系統。在本發明具體實施例中，可具有進料漏斗，其有利于組分的輸入和/或預攪拌。輸入組分的系統可包含若干輸入流(包括相同的或不同的組分)，且一種或多種輸入流可具有一個進料漏斗。用于輸入組分的系統也可包含分析儀，如在線分析儀，其用于測定以流體形式輸入的至少一種組分的至少一個成分特性。一種或多種組分流的相關流率可基于前饋成分分析法的測定值來控制，以便用來將組分流的至少一個成分特性維持在預定范圍內；并且從攪拌器的輸出端排出的組分流具有在預定范圍內的成分特性。控制系統可包含用于一種或多種輸入流的泵或閥。本發明實施例的設備均具有將組分輸入攪拌器中的系統，其包含用于提供若干輸入流的若干輸入管線，并且至少其中一條管線包含肉，且該肉管線中的流率可用前饋分析來進行控制。
通過本發明的設備和方法來生產的已加工的肉類混合物趨向于具有足夠的蛋白質提取物，從而在隨后的烹飪之后可形成內聚性的、自支撐的已加工肉制品。


圖1為依據本發明一實施例的連續攪拌處理機的示意圖；圖2為用于本發明一實施例中的攪拌裝置的透視圖，顯示了外殼的一部分被取下；圖3為圖2中所示設備的一部件的前部正視圖；圖4為圖2中所示設備的另一部件的前部正視圖；圖5為圖2中所示設備的另一部件的前部正視圖；圖6為依據本發明一實施例的一段旋轉部件的斷開的側視圖；圖7為表示依據本發明一實施例的加工流程圖；圖8為表示依據本發明一實施例的加工流程圖；圖9為一片肉的放大圖，顯示了肉蛋白質的條紋；圖10為一片肉在高剪切加工步驟后的放大圖；圖11為一片肉在鹽溶液中進行腌制步驟后的放大圖；圖12為一片肉在鹽溶液中進行高剪切加工步驟后的放大圖；
圖13為用于在本文所述設備中的旋轉部件的配置和其它相關數據所構成的表格；圖14為用于圖13所示配置的肉糜穩定性測量值的圖示；圖15-20為圖13中的配置的示意圖；和圖21為圖解坐標示圖，顯示了該設備的部件的定位。
具體實施例方式
首先參考圖1，附圖標記10所示為依據本發明一實施例的用于制作加工肉制品的設備。所示設備包括馬達12和皮帶傳動14，皮帶傳動14將動力傳遞到一個或多個安裝在外殼20中的攪拌裝置16。各種配料，包括如塊狀或片狀的肉、一種或多種鹽溶液、水、調味料如香料，和防腐劑等等，通過輸入管線而直接輸入外殼20中，該輸入管線包括泵84。輸入管線泵84和攪拌裝置推進混合物通過外殼，同時攪拌裝置給混合物施加高剪切速率，用于從肉類組分中快速提取蛋白質。攪拌裝置優選由不銹鋼或者其它涂有防腐層且適于接觸食物制品組分的材料來制成。
圖1中所示的單個長螺桿可以在多個實施例中用作攪拌裝置，其它實施例中使用其它類型的攪拌裝置。圖2中所示的實施例使用了雙軸排列，其具有相對較短的進給螺桿17，其與在每個軸19上的較長陣列的攪拌部件18結合使用。當配料被推動通過外殼20時，就轉動了攪拌部件18以便浸漬和/或混合配料，且通過在攪拌部件18之間以及在攪拌部件18與外殼20的內壁之間推動配料，而使它們處于高剪切力的作用下。在一個軸19上的攪拌部件18與第二攪拌裝置16上的攪拌部件之間的，以及在攪拌部件18與外殼20之間的最小縫隙或間隙優選為0.06英寸到0.12英寸之間。在一些實施例中，縫隙為0.08英寸。隨著軸的旋轉，在各自軸上的攪拌部件18之間的距離將變化，例如，因此純肉部分可能在沒有剁碎或磨碎的情況下推動通過。推動混合物通過這些縫隙就施加了高剪切力且使得可快速提取蛋白質。
肉、水、鹽溶液和其它添加劑如香料漿同時輸入到攪拌裝置中。蛋白質提取在這里包括，在鹽溶液和可用鹽提取的蛋白質之間形成密切接觸，以及為了分離出蛋白質絲而破壞肉結構、破壞蛋白質絲本身、或是拆分蛋白質。施加高剪切力的攪拌裝置機械式地提供密切接觸，這與常用分批加工中利用擴散作用相反。
用于該目的的一種機理是僅僅通過減少成團傳送或擴散的距離。通過使大的肉塊變為較小的肉片，鹽溶液僅需要擴散很短的距離，或者根本不需要擴散。換言之，肉在鹽溶液或鹽水溶液中的加工促使鹽溶液進入肉片結構中。這加快了進程，從而促進了必要的化學反應，其中氯離子或其它離子占據了蛋白質絲的結合位點。
此外，蛋白質絲保持完整的程度，加工使肉塊變形，其促進了蛋白質絲的拆分。圖9顯示了放大的沒有經過加工的肉片樣品，正如看到的，該肉顯示了正常的肌肉蛋白質條紋圖案，蛋白質的高密度區為黑色。圖9中的插入圖描述了在更高的放大倍數下肉片的一部分，因此高蛋白區能清楚地與低蛋白區或其它物質如脂肪而區分開。
通過對肉片施加高剪切力使肉變形或磨碎，蛋白質絲也會變形、拉平、伸長和纏繞。這就打開了蛋白質結構，使其更疏松，且促進了配料的滲透，包括鹽水溶液。因為分散更加徹底，所以鹽溶液和其它配料及添加劑均勻的擴散例如因高剪切力的使用而被有效改善。現在圖10所示為在無其它成分或配料時用本文所述設備來加工的肉片樣品。盡管還顯示了條紋的規則圖形，但肉片此時具有更窄的深色、高蛋白密度區和更寬的淺色區域。另外，條紋圖案以及深色和淺色區域差別不明顯，顯示為稍微有些間斷的結構。與圖9相比，這清楚的顯示了剪切力的施加打開了肉片且使其更加疏松多孔。因此，肉片更易于接受其它配料或更易于其它配料進入。
施加高剪切力加快擴散的加工使得不需要腌制時間，即，如所述的鹽溶液在肉塊擴散的時間。由于需要腌制，因此常用的加工方法必須分批定向。即，對特定肉產品的加工需要鹽溶液擴散到肉中以進行蛋白質提取。在混合或注入鹽溶液后，常用的加工方法對于大肉塊需要腌制或擴散時間，在這期間肉被擱置起來以便使擴散符合要求。腌制階段需要工廠有大量儲備或者肉類存貨，消除了腌制階段就可允許及時使用和接收產品，并且減少了在加工工廠中的儲存需要。
圖11顯示了經過靜態分批加工腌制期的肉片樣品。肉片用傳統的分批加工方法而被注入了氯化鈉(NaCl)溶液且允許腌制通常對于肉類而言足夠的時間。通過對比圖11與圖9和10中的肉片，腌制的肉片所顯示的條紋圖案和顏色類似于圖10，其中深色區域在尺寸上小于圖9中沒經過加工的肉片，且淺色區域顯示了被打開或拆分開的蛋白質，其具有擴散到其中的配料。
通過在存在鹽溶液時施加高的剪切力，肉片所顯示出的物理特性同時包括蛋白質絲的腌制和拆分。圖12所示為在氯化鈉溶液中用設備進行加工過的肉片。正如看到的，圖案和顏色進一步變形，表明蛋白質絲的拆分和疏松度，以及進入和位于蛋白質絲之間的配料的浸漬和擴散。
設備10能夠加工肉類配料和從中提取蛋白質，其速度比現有技術的批量加工速度要快得多。具體地說，加工時間從通常的30-60分鐘減少到大約10-60秒，且優選為10-45秒。通常，該時間段與生產率有關。正如在此所述的，生產率很大程度上取決于推動組分或配料進入到攪拌器的泵的速度。
另外，混合設備不必與真空環境結合使用。盡管真空可以作用于攪拌器，但是由在沒有施加真空的攪拌器中加工的組分所制得的煮熟的最終產品既沒有表現出上述在常用攪拌桶中攪拌的肉出現可見的氣體特性，而且在其烹調時也沒有由于內部夾帶的空氣而發生膨脹。在使用中，攪拌器內部通常充滿了固體和液體組分，基本上沒有空氣。很少或者沒有空氣被迫進入組分中。存在于攪拌器內并且與組分混合的空氣很少或者沒有，這是因為混合物沒有進行攪拌，且因為攪拌時間很短。通過去除用于攪拌器的真空系統，就可以簡化加工，該設備的去除也節約了成本，降低了維修費用，且可能減少產品損失。應該注意的是，其它加工步驟如填密包裝，可優選使用真空系統。
通過在小面積或小體積的肉上有效施加高剪切力，就形成了穩定的蛋白質基質。蛋白質提取既快速又易于控制，并且蛋白質與相混合的水和脂肪分子結合起來。因此，蛋白質能夠結合水和脂肪以形成蛋白質/水/脂肪基質。其它添加劑可能結合于、懸浮于或溶解于其中。這有效地將脂肪和水分的損失降低到不相干的程度或至少可接受的程度。因此，攪拌裝置和其它設備不會遇到脂肪留在設備中的問題。在沒有損失相當多的脂肪和水的情況下，最終產品的組成更容易控制。最終產品的質地是合乎要求的。測試方法，例如利用離心機來測量從混合物中逸出的脂肪量的Ronge法顯示，該方法制成的混合物的穩定性等同于或超過傳統分批加工制成的混合物的穩定性。
該系統也控制在成糜產品中形成蛋白質基質，成糜產品指的是含有1％或更少脂肪的無脂肪產品，如波洛尼亞香腸。這些產品通常為與水相混合的肉類/添加劑。在常用配方中，混合物缺乏脂肪，其趨向于打開蛋白質基質。正如所提到的，蛋白質能形成堅固的凝膠狀結構，其具有形成巨大基質的長的、交叉結合的蛋白質絲。這就導致形成了消費者不想要的彈性質地，他們希望得到類似于全脂肉制品的質地。一般地，在無脂產品的這種蛋白質基質問題通過添加或選擇配料來解決，盡管所謂的填料一般是不允許的。用于打開基質形成物的一種方法是加入情性添加劑，如淀粉或非功能性蛋白。盡管水分與蛋白質的結合阻礙了基質的形成，但是過多的水分會導致形成不能很好地結合在一起的軟質產品，其可能使過量的水分流失。此外，水分可能在烹飪階段和烹飪后的階段中流失。
可以認為，無脂產品的這種問題主要是因為傳統批量加工的攪拌時間造成的。可以認為，批量加工需要如此長的攪拌時間，以至出現了這種過度的蛋白質鍵合鏈接，且在該攪拌過程中開始形成基質結構。使用現有方法和設備對最終熟產品的分析顯示，基質結構內存在明顯的破壞。還可以認為，現有方法和設備的高剪切力阻止或阻礙了蛋白質鍵合鏈接的能力，和/或現有方法和設備中攪拌時間的顯著降低導致降低或消除了蛋白質形成這些長基質鏈的能力。無論在何種情況下，用該方法所生產制成的波洛尼亞香腸和其它所謂的無脂或脫脂產品都不需要任何惰性添加劑來減少或避免形成大的基質，同時仍能生產出具有所需具有全脂肉制品質地特征的產品。
對于純肉制品和粗磨制品而言，本設備和方法的另一優點是消除了公知的形成于肉表面上的可見蛋白質滲出物。更具體而言，在某些分批處理器中，當將粘性和粘稠材料如肉放入用于分批加工的腌桶中時，蛋白質、鹽溶液和水分的組合就形成了蛋白質滲出物。在進一步的加工步驟如用泵輸送之前，這種蛋白質滲出物必須預先破碎。因為本系統采用連續的加工，所以這種滲出物就沒有形成的機會。
可以認為蛋白質滲出物來自于長時間的攪拌。即，隨著用于全部組分獲得足夠的蛋白質提取物的時間過去，組分中的一些部分就允許過量的蛋白質提取出來。通過減少和控制整個組分中蛋白質提取物的量，就減少或消除了滲出物。當從攪拌器排出的混合物相對快速地輸送以進一步加工，如填料包裝或進行熱處理時，混合物將不再繼續腌制和提取額外的蛋白質。換言之，在攪拌器中的滯留時間少于形成可見蛋白質滲出物的所需時間，且并且從攪拌器中排出的蛋白質提取物基本上只停止一次。盡管有人提議說滲出物實際上是造成肉制品結合的原因，但是消除滲出物已經證明，這對于如本文所述所制成的最終產品沒有有害影響。
在一些情況下，需要控制攪拌器外殼的溫度。例如，可以認為，在形成粗磨產品時冷卻攪拌器外殼是有利的。還認為，在攪拌過程中混合物內部溫度最好保持在閾值之下，或者在加工過程中內部溫度的最大升限以下。已經發現，在攪拌器中增加剪切功將提高混合物的穩定性，通過在沿著攪拌器長度上的位置冷卻攪拌器外殼或加入添加劑如冷水來降低混合物溫度，就可以增加滯留時間，或增加攪拌部件的轉速(RPM)。更為特別的是，冷卻混合物可以允許增加剪切功，同時將混合物的溫度保持在閾值以下。
需要注意的是，排料口形式的出口尺寸的變化，必然會影響混合物在攪拌器中的滯留時間。該開口的尺寸范圍可以是1/8英寸到2英寸。
一個商業上可得到的攪拌器例子，例如由Readco Manufacturing，Inc.，of York，PA生產的雙軸連續處理機，其在相對旋轉軸19上具有5英寸直徑的攪拌部件18，且在約200rpm的轉速時的生產率大約是6000lbs./hr。在運轉中，軸的轉速可以調節。采用如100-600RPM的轉速可獲得系統的良好運轉。對于本系統，轉速決定施加在混合物上的工作量，包括剪切。為了驅使混合物通過，可以使用攪拌部件18和/或用于輸入組分的系統泵。需要注意的是，任何泵送力不是術語所指的“高壓力”，這樣的話，通常不會破壞泵、管和其它組成的結構完整性。這種壓力不會強制脂肪與混合物分離。在其它實施例中，可以使用更大或更小的攪拌器，如直徑8英寸的攪拌器，其具有至少20000lbs/hr和最多大約25000lbs/hr的通過量。該輸出量可根據后續加工，如包裝或形成填密或烹調而變化。通常，用于烹調的熱處理或冷卻決定了實際的攪拌裝置的輸出生產率，而不是后續的可處理能力。
如圖2-5所示，每個圖示的攪拌部件18均具有軸可以穿過的孔200。為了將每個攪拌部件聯接到軸上以便一起轉動，每個攪拌部件都具有從中穿過的非圓形孔，并且軸具有相同形狀的橫截面。在所示實施例中，每個攪拌部件都具有通常為正方形的孔，并且軸相應地具有正方形的截面。更具體的是，攪拌部件18a(圖3)具有正方形孔，正方形的兩個角與攪拌部件18a本身的尖端對準。作為對比，攪拌部件18b(圖4)具有正方形孔，其兩條邊與攪拌部件的尖端對準。攪拌部件18a稱為“菱形”的攪拌部件，而攪拌部件18b稱為“正方形”的攪拌部件。因此，一個攪拌部件上的孔可以相對于其它方面相同的第二個攪拌部件而旋轉45度。
如圖21中所示的，從攪拌器的輸出端來看，攪拌部件18a、18b能圍繞具有基本上四個不同初始位置或方向的軸定向。第一方向與經過標號為“1”的垂直對齊位置的攪拌部件尖端對準。第二方向與標號為“2”的位置的尖端對準，其在逆時針方向上偏離第一方向達45度；第四方向與標號為“4”的位置的尖端對準，其在順時針方向上偏離第一方向達45度。第三方向與通過標號為“3”的大致水平位置的尖端對準。盡管如此，應當注意的是，攪拌部件在軸上的初始位置可以按照需要繞軸的軸線而無限制地變化。
如前所述，可以在不同的旋轉方向和按照不同順序設置攪拌部件，即用于改變剪切率、生產率、和/或其它加工參數的設置。攪拌部件也可以與不同配置的攪拌部件互換。在另外的實施例中，為了有利于設備的清潔和消毒，攪拌部件可以與軸整體形成單件的一體式轉子，或者攪拌部件可以其它方式被支撐而一起旋轉。
在所示實施例中，攪拌部件18a(圖3)和攪拌部件18b(圖4)具有大致類似于美式足球的卵形剖面形狀，其在每一端都具有一個點或非常小的曲率半徑。所示攪拌部件18a、18b具有平面的平行面206和弧形的外邊緣表面204。如圖3所示，攪拌部件18a具有垂直于這些面的邊緣表面204。對于圖4中所示的攪拌部件18b，邊緣表面204與這些面呈一定角度，所述的這些面相互間具有些輕微的角度偏移，以便攪拌部件的旋轉在推動混合物通過外殼時提供向前的或相反的運動。一個或多個攪拌部件18b可協助螺旋17推動混合物通過外殼。可選擇的是，一個或多個攪拌部件18b可相反地運動，以向后推動混合物。這可以形成增大的流動阻力或反向流動的區域，增加混合物或混合物特定部分的滯留或攪拌時間，且增加攪拌裝置所進行的加工。圖5示出了另外的攪拌部件18c。攪拌部件18c具有大致圓形或圓盤形的形狀。每個攪拌部件18a和18b都可具有1/2英寸到1英寸的寬度，攪拌部件18c可具有1英寸到2英寸的寬度。隔板也可設置于每個部件之間。
在每個軸19上，每個攪拌部件18相對于相應軸上的一個或多個攪拌部件具有縱向滑動，以避免配料在攪拌部件上的堆積。這種自清潔特性有助于維持配料流動通過攪拌器，且有助于維持配料的良好分配。軸19優選為可以從外殼20上拆下的單一整體部件。
改進的螺桿30可連同一個或兩個上述圖2中所示的螺桿17和攪拌部件18一起使用，或用于取代之。螺桿30具有螺旋狀的外邊緣34，外邊緣34相對于螺桿軸按預定半徑布置，且與外殼內部間隔開狹小的縫隙，例如大約0.8英寸。在螺桿表面32上設置了很多用于刺穿混合物純肉成分的刃形突起或凸塊40，以促進蛋白質提取。所示的每個突起40具有五個暴露面。每個所示突起包括兩對大致平行的四邊形側面41和一個四邊形端面43。該端面為矩形，優選為正方形，且與側面垂直。端面和側面基本上是平面。
攪拌部件的排列可以根據用于不同的滯留時間，還是用于將應用的不同數量和類型的加工，而以不同方式來構成。例如，初始段可為有螺旋凹槽的部件或螺桿，其可用于泵送通過外殼。螺桿也可用于使輸入肉塊的初始大小減小，例如，將測量為幾磅重的一片肉減小到測量為幾盎司或更小的多片肉。這可以通過例如提供切割或撕裂邊緣的凹槽邊緣來實現，和/或通過設置具有與上述部件30相同、相似表面特征的凹槽表面來實現。例如，當混合物通過攪拌部件18時，第一組攪拌部件可設置成用于提供第一級剪切力施加，其主要用于攪拌或允許在蛋白質和鹽溶液間發生上述反應。然后，該混合物可通過第二組攪拌部件，該第二組部件施加第二級更高水平的剪切力的作用，以用于這里所述的目的。還可以由其它的分組以用來施加低于第二級剪切力的剪切力，以用于進行額外的攪拌，隨后是施加最終高剪切作用的最后一組攪拌部件，例如用于最終尺寸的減小或磨碎。
以這種方式使用的攪拌裝置允許連續加工，其中當待加工的新物料由輸入端進入時，混合物就形成了將在一端輸出的穩定的混合物。包括一個或多個碾磨機的預輸入進料漏斗可用于將肉送入輸入線上，并且用于一定量的肉塊尺寸的減小，以促進肉被泵入攪拌裝置中。用這種方式，肉和其它組分可同時送入到連續處理機中，以便尺寸減小、攪拌、磨碎、蛋白質提取和成糜可連續進行且在單片設備中完成。因此，可減少設備的數量，減少設備所需的占地面積，簡化了設備的消毒，同時減少了混合物受污染的機會。
旋轉攪拌部件如攪拌部件的構造可以根據待攪拌或待生產的產品類型來調節。例如，可生產出光滑和細小肉糜產品的細碎產品如波洛尼亞香腸。也可以生產出更粗磨的產品如意大利臘腸。另外，也可以加工出純肉制品如火雞或火腿。
圖15-20所示為一系列在攪拌器外殼內的軸上設置的部件的構造。圖15中顯示了攪拌器200，其具有安排在攪拌器200的輸入端202并提供攪拌區域的進給螺桿FS。沿第一軸設置了兩列攪拌部件，即在上面提到作為平面攪拌部件18a的攪拌部件F以及在上面提到作為螺旋攪拌部件18b的攪拌部件H，以用于提供應用剪切區域。第二軸(未示出)設置成與第一軸平行且載帶了螺桿FS和攪拌部件H、F，對螺旋FS和攪拌部件H、F的選擇對應于第一軸上的上述部件。如圖所示，攪拌部件H和F具有第一編號5-28來指示它們在所述列中的位置，每個攪拌部件H、F的定向是通過對應于圖21所示第二編號的相對位置來設定的。如圖所示，液體注入孔可沿攪拌器的長度設置，用于向其中提供液體流。如上所述，進給螺桿FS主要是低剪切部件，用于推動組分通過攪拌器200，而攪拌部件H、F是高剪切部件，用于對攪拌器200內的組分做功。在這種構造中，每個軸具有六個進給螺桿FS，十一個螺旋攪拌部件H和十二個平面攪拌部件F。反向螺旋攪拌部件RH設置在出口的近端，用于推動混合物離開攪拌器出口截面206附近的出口壁204。
圖16所示為與攪拌器200相似的攪拌器300。盡管如此，攪拌器300示出了位于輸入端302的一列螺桿FS下游的第二列螺桿FS。以這種方式，攪拌器300提供了對應于螺桿FS的兩個攪拌區域，并提供了兩個剪切施加區。另外，這種結構為每個軸提供了六個進給螺桿FS，十個螺旋攪拌部件H和十三個平面攪拌部件F。螺旋攪拌部件H促進混合物移動通過攪拌器300，如上所述。與攪拌器200中的螺旋攪拌部件H的數量相比，攪拌器300中螺旋攪拌部件H的數量減少，因此施加在攪拌器300結構中的剪切力更大。
圖17顯示了攪拌器400，其具有通過進給螺桿FS提供的兩攪拌區域，以及兩剪切應用區。攪拌器400包括八個螺旋攪拌部件H和十五個平面攪拌部件F。同樣，與攪拌器200和300中螺旋攪拌部件H的數量相比，其螺旋攪拌部件H的數量減少，而施加在攪拌器400結構上的剪切力要增加。
圖18顯示了攪拌器500，其具有靠近輸入端502的單個攪拌區域，而攪拌器的其它部分施加剪切力。在這種構造中，標號為4-6和9-11的部件為成對的尺寸縮小一半的平面攪拌部件F，其中一對中的每一個攪拌部件都與直接相鄰的攪拌部件呈45度角。這樣的排列允許在混合物移動通過該區域時對其進行更多的做功，這樣就給予混合物更多的剪切力。此外，提供了3個額外的反向螺旋攪拌部件RH。當螺旋攪拌部件H促使混合物移動通過攪拌器時，反向螺旋攪拌部件RH減緩了這種移動并給混合物提供一個反向的力。與平面的或螺旋的攪拌部件相比，這種作用獨自增加了所施加的功，也增加了滯留時間，從而進一步增加了施加到混合物上的功和剪切力。進給螺桿FS的數量減少到四個，從而允許更多高剪切部件安裝于軸上。除了采用尺寸縮小一半的平面攪拌部件和反向螺旋攪拌部件RH之外，該構造僅僅采用了三個螺旋攪拌部件H和十五個平面攪拌部件F。
更大的剪切力作用是通過如圖19中的構造實現的。攪拌器600類似于攪拌器500。但是，提供了起泡環BR，其如上所述為攪拌部件18c。為了適應起泡環BR，僅設置了十四個平面攪拌部件F和兩個螺旋攪拌部件H。起泡環BR所施加的剪切比任何螺旋的、平面的或反向的螺旋攪拌部件所施加的剪切都要大。
圖20顯示了更高剪切力的施加。對于圖20中所示的攪拌器700而言，去除了螺旋攪拌部件H，總共設置了4個反向螺桿。相比之前圖15-19中所述的每個構造，攪拌器700在混合物上施加了更大量的剪切力和功。
使用法蘭克福香腸產品配方，來測試用其所用各種混合物的成糜穩定性。當混合物離開攪拌器、不論是分批處理機還是本文所述的設備時，混合物通過其它機器和力進行加工。因此，混合物不能在后續加工中失去穩定性。如上所述，如果其最終產品的因在烹飪過程中脂肪逸出的損失少于2％，就認為肉糜是穩定的。參考圖13的表格，存在對應于圖15-20所示構造的許多測試條件下的測試結果，且條件5和16表示由傳統分批攪拌系統做成的對照批次。進行該測試，將每種條件下生產的混合物放入獨立的整體機器中，其所施加的剪切力比本文所述設備所施加的剪切力要大許多倍。在施加額外剪切的每分鐘之后，取下樣本并對其進行烹飪。
通常認為，如果施加3分鐘的額外剪切而得不到由于脂肪逸出具有超過產品重量2％損失的烹出物的肉糜，則肉糜是足夠穩定的。在導致過多脂肪和水分烹出物的額外功之前，測試確定，對比混合物能經受額外剪切力持續大約6-8分鐘，在更長時間段內就不穩定了。如圖13所示，每一種其它條件使混合物能經受至少3分鐘的額外剪切力作用。對于攪拌器500、600、和700來說，肉糜穩定性相當于或優于批量處理混合物的肉糜穩定性。額外的剪切力作用使肉糜失掉穩定性的時間點指的是破碎時間，并且該測試結果在圖14的圖表中示出，以顯示每種條件下的破碎時間。還應該注意，每種條件下的熟產品在最后外觀上沒有顯著差異。
配料優選通過輸入管線泵送到攪拌器中，盡管也可選擇使用進料漏斗62，如圖1所示。如前所述，預輸入漏斗68可用來作為儲存裝置，工廠員工將一些物料裝入預輸入漏斗68。另外，碾磨機或預攪拌裝置64可以設置在漏斗62之前或之內，以提供初始的攪拌、碾磨或混合作用，且/或協助泵送輸入流向下通過漏斗。
配料作為輸入流通過多個輸入部件66來供應。這些輸入流可包括主要包含瘦肉或肌肉含量的第一流，包括脂肪含量為主的第二流，包括一種或多種鹽溶液如氯化鈉水溶液以及任何香料或調味料的第三流，包括亞硝酸鹽水溶液的第四流，以及包括基本上為水的第五流。額外的配料包括調味料，如香料、防腐劑和/或其它可進入附加流中的配料，或可并入到上述五種輸入流中的一種輸入流的配料。可用兩種以上的肉來生產某些肉制品，在這些例子中的某些例子中，系統可包括另外的輸入部件。在其它情況下，某些肉制品需要較小數量(相對于全部混合物而言，例如在2-5％的范圍內)的許多特定肉類，且這些可以相對較低的比例而被預攪拌并輸送至具有單獨輸入的攪拌器，其用于對其進行計量。每條輸入管線可設有漏斗68，或者可容納相應的預攪拌量的組分的罐。例如，使用了相對較低比例的亞硝酸鹽溶液，因此在大桶中通過輸入管線計量的單一預攪拌量就足以用于連續加工。還可設置剩余肉糜管線，以將肉糜返回到攪拌器中重新加工。
在如圖1所示的實施例中，每個輸入部件66包括用于將配料傳送到進料漏斗62的進料管80；在進料管上的含量分析儀82；以及位于進料管上的分析儀下游的計量泵84或閥。在其它實施例中，例如在圖7所示的實施例中，含量分析儀用在部分但不是全部的輸入部件上。
當配料流通過相關的含量分析儀82時，該配料流就被分析，以確定例如脂肪含量、含水量和/或蛋白質含量。為了以所需比例在各種配料之間達到平衡，控制系統接收來自多個分析儀的輸入，并調節計量泵84的通過量，以便配料按照產品配方指定的所需比例而流入進料漏斗62中。
可使用多種方法來分析脂肪含量、含水量和蛋白質含量。已知的方法包括使用微波能量或紅外線。可買到的在線分析儀可進行編程，以分析較寬范圍的多種物料的特性，如從石油化學物到已加工干酪的特性。這些分析儀的例子包括由Weiler and Company，Inc.，of Whitewater，WI生產的在線分析儀GMS#44和GMS#46以及由ESE Inc.of Marshfield，WI生產的加工計量器。這些分析儀對于每一單獨的應用通常必須由廠商或最終用戶來校準。
圖7顯示了本發明實施的一種加工，包含平衡多股輸入流流率的控制系統100，以便使用前饋分析將成分參數保持在所需的范圍內。在圖7所示的加工中，具有兩種肉類輸入流102和104。在其它實施例中，該加工可僅僅使用一種肉類輸入流，或使用三種或更多種肉類輸入流。
該加工優選使用一股或多股額外的輸入流以提供水分、香料增強劑、防腐劑和/或其它配料。在圖7所示的加工中，具有三種非肉類輸入流，包括香料/水混合物輸入流106，水輸入流107，以及亞硝酸鹽水溶液輸入流109。其它實施例中可使用更多或更少的非肉類輸入流。
為了生產具有所需水分、脂肪和蛋白質含量水平的混合物，控制系統100通過調節與每一輸入流相關的泵或閥的速度來調節輸入流的流率。在圖6中所述的實施例中，計量泵110和112調節肉類混合輸入流的流率，并且使用另外的泵或閥114、115和117來調節其它輸入流的流率。
使用前饋方法進行調節，由此基于上游分析泵和閥來提供適當的相關數量的輸入流。為了決定是否需要對各種流率進行調節，控制系統100利用含量分析儀82來決定在計量泵110和112上游的配料輸入流102、104的蛋白質、脂肪和/或水分含量水平。在一些實施例中，在組分到達與輸入流關聯的計量泵之前，對于進行分析的每種輸入流組分完成分析，因此就可以根據需要來調節相關的輸入流流率，以便將組合輸出流的所需成分參數保持繼續處于目標范圍內。在其它實施例中，可以在組分通過計量泵后再進行分析，且對流率可進行必要調節，以便記入延遲。因此，可以優選調節進入攪拌器的蛋白質、水分和脂肪的百分含量，以在輸入流流入漏斗中時進行調節來改變輸入流的特征，而不是響應于來自攪拌器10下游測量的混合物的特征來進行調節。
更具體地說，控制系統100首先接收用于肉制品的指定配方，如來自于數據庫的配方。然后控制系統100接收關于通過分析儀的肉的組成(即脂肪含量、水含量等等)信息。控制系統求解出一組質量平衡聯立方程，用于確定通過分析儀的材料釋放具有用于最終肉產品的適當比例。對于材料處于短期平均平衡之外的程度而言，控制系統100將調節一個或多個泵的速度，以便將質量平衡保持在可容許的范圍內。這些方程可能是相同方程，為了如上所述基于批量表單來調節輸入材料，將由工作人員另外求解。通過給控制系統100提供生產出所需最終肉制品的混合物的標準已知參數，控制系統100就能自動、連續且動態地調節混合物，使得輸出具有一致性且適當地平衡。如前所述，在傳統的批量系統中，取樣僅僅能從攪拌桶中進行，在攪拌桶中調節平衡既困難又冗長。控制系統100和攪拌裝置允許一致且均勻地生產出組分受控的混合物，更嚴格的組分控制可增加產品的產量并提高產品的質量。
攪拌器10優選包括用于排出混合物的輸出口122，且可以包括出料漏斗124，其用于接收混合物并引導它到輸送泵126。如果需要在低氣壓下維持該過程，則一條或多條真空管線可與設備在一個或多個連接點處相連通。圖1顯示了與進料漏斗62相連通的真空管線120。在其它實施例中，真空管線可以連接到除輸入漏斗之外或代替輸入漏斗的其它位置。例如，真空管線可連接到出料漏斗，連接到進料漏斗和出料漏斗之間的連接點，以及連接到出料漏斗下游的連接點。
當蛋白質提取在存在鹽溶液的情況下與時間和剪切力相關時，動力驅動器12可以是變速馬達，使得組分包含在外殼20中，進行允許鹽溶液的浸入和剪切作用所必須的一段時間的攪拌混合。
與檢測肉類組成的脂肪、水分和蛋白質含量有關，已經發現，含水量可能與脂肪和蛋白質含量相關。可以認為，這種相關度可足以使已知供給源中肉類組成的含水量用作脂肪和/或蛋白質含量的足夠精確的預報因子，脂肪和/或蛋白質含量可通過測定含水量而被有效地測定。因此，在本發明的某些實施例中，測定脂肪和/或蛋白質含量的步驟可包括在適當校準水分儀表之后測量含水量。然后，控制系統可基于一種或多種輸入流的含水量讀數來控制脂肪和/或蛋白質的輸入。
在使用此處描述的系統中，工廠員工可以從用于特定肉制品配方的數據庫中接收該批量表單。然后工廠員工可選擇基于脂肪、蛋白質和/或水分含量的適當的肉，輸入到系統中。盡管如此，他們選擇的精確度不需要如此精確，通常可依靠供貨方提供的參數等級。此外，系統允許肉塊直接輸送到預輸入漏斗68中，其可以執行初始尺寸的減小或可以不執行，因此不需要注入或腌制階段以及相應的桶。此時，控制系統100接管了對肉和其它組分的加工處理。控制系統100本身自動接收或從數據庫自動拉出批量表單并計算必要的質量平衡方程。如前所述，控制系統100監控和調節包括泵和攪拌裝置的系統，以生產大致均勻組成穩定的蛋白質基質。來自于攪拌裝置的肉制品混合物的輸出流可以首先進入緩沖料斗中以便將在該系統中次要破碎考慮進去，然后可容易且簡單地輸送到下一步的加工步驟中，如包裝或形成填密和烹飪/熱處理。從底部到頂部裝滿緩沖料斗，以便使用時沒有攪拌或通風問題。控制系統分析所需要的組分和現有的組分，并據此調節。因此，就降低了人在提供組分方面的互動，例如通過將肉裝入到漏斗68內，以及對來自于系統的警報作出響應，所述警報用于通知出現如組分逸出等問題。這種結果就減少了人工，更精確和更高產量(更少的產品損失)，更大的食品安全以及由于基本上封閉的系統和無傳輸而降低了污染的可能性，通過除去桶和冷卻器就減少了對空間的需要，提高了產品的一致性，并且因消除了桶和輸送而降低了維修成本，以及因消除了桶本身和浸漬步驟而節約了成本。
控制系統100和聯合數據庫之間的通訊可以雙向地進行。也就是說，控制系統100可以直接接收基礎配方的批量表單，配方標準如最大脂肪含量，以及最終成糜的目標，以及將關于實際使用的物料提供反饋給數據庫。當數據庫可能具有一個過期的或不精確的配方時，可上載從控制系統100中來的信息以改正該配方。另外，與供貨方提供的通常為小樣本估算的等級相比，控制系統可提供詳述了實際組分等級的信息。這就允許了查看供貨方的歷史，并能傾向于改變特定供貨方所提供的肉。數據庫可使用這種反饋，用來估算庫存的和需要購買的物料，也將產量與所使用的物料作比較。通過該系統進行的數據收集可趨向于操作的各個方面，以尋求其中的低效率之處及其改進。在現有系統中，數據庫趨向具有靜態的配方，而本控制系統允許配方的動態重定位。控制系統因此可對物料改變作出響應，對不可用的物料進行補償，并提供反饋給數據庫，以重新設定數據庫中的配方。
從前面所述中應認識到，本發明提供了一種用于某些加工肉制品的肉類組分的有效蛋白質提取和攪拌的新型的改進的方法。術語“肉類”在這里廣泛應用，指的是如牛肉、豬肉、禽肉、魚肉和肉類副產品等肉類，包括全部或主要為脂肪的分割肉或肉片，也包括具有高蛋白含量的瘦肉的分割肉或肉片。術語“肉制品”和“肉類配料”在這里廣泛應用，指的是單獨包含肉類的產品或配料，或肉與其它組分相結合的產品或配料。
上述的優選實施例涉及連續加工，即在組合輸出的排出期間輸入配料的加工。在這些加工中，該輸入和/或輸出步驟可周期性地中斷或可以是間歇性的。
本發明的優選實施例被認為可有效地用于在與某些現有技術分批攪拌過程中所使用設備相比小得多的設備中實現快速蛋白質提取和食品組分攪拌。除減少占地面積的需求外，與現有技術的加工和設備相比，本發明的優選實施例還可降低成本和減少清潔時間。本發明也可通過更加精確地控制組合輸出流的組成，而顯著地節省了成本。
盡管上面描述了幾種具體實施例，但本發明并不限于這些實施例。本發明通過權利要求進行進一步的描述。
權利要求
1.一種用于加工肉類的方法，包括將包含第一種肉和鹽溶液的多種組分放入具有至少一個旋轉裝置的攪拌器中；和在所示攪拌器中的所示多種組分上施加高剪切力，使所示攪拌器中的各種組分混合，以形成穩定的肉類混合物。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述組分還包含第二種肉、亞硝酸鹽、水和味道添加劑中的一種或多種。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述肉包含可用鹽提取的蛋白質絲，對組分施加高剪切力的所述步驟通過使蛋白質絲變形以允許鹽溶液進入其中，而將所述鹽溶液與所述肉中的蛋白質結合起來。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述攪拌器具有第二旋轉裝置和外殼，所述外殼具有輸入端、輸出端和一對旋轉裝置，所述一對旋轉裝置安裝在旋轉軸上且相互之間以及相對于所述外殼內表面緊密鄰近地安裝，用于對所述外殼內的組分做功，所述方法進一步包括將含有第一種肉的組分輸入所述系統中，所述第一種肉具有可用鹽提取的蛋白質絲；將至少一種含有至少一種添加劑的組分輸入所述系統中，其中所述至少一種添加劑包含鹽溶液；推動所述組分從所述外殼的輸入端朝著輸出端移動；和通過轉動所述旋轉裝置而在所述旋轉裝置之間以及在所述旋轉裝置與所述外殼內表面之間對所述組分施加高剪切力，以便在少于1分鐘的相對較短時間段內，將所述組分從所述輸入端推到所述輸出端。
5.如權利要求4所述的方法，其中，所述將組分從所述攪拌器外殼的輸入端推到輸出端的相對較短時間段為10-45秒之間。
6.如權利要求4所述的方法，其中，所述旋轉裝置相互之間以及與所述外殼內表面之間緊密鄰近，并且與所述外殼內表面的間隔大約在1/8英寸以內。
7.如權利要求6所述的方法，其中，提供了至少一個泵，以用于推動所述組分通過所述攪拌器外殼。
8.如權利要求7所述的方法，其中，具有穩定蛋白質基質的肉類混合物從所述攪拌器的輸出端排出。
9.如權利要求8所述的方法，其中，由于脂肪逸出，所述肉類混合物允許少于2％的肉類混合物的重量損失。
10.如權利要求4所述的方法，其中，輸入組分的所述步驟中的至少一個步驟進一步包括，測定至少一種以流形式輸入的組分的至少一個成分特性，基于采用前饋組分分析的測量結果來控制所述流的相對流率，以便保持至少一個成分特性處于預定的范圍內；其中，所述方法進一步包括產生從輸出端排出的組分的流，其具有預定范圍內的所述成分特性。
11.如權利要求10所述的方法，其中，從輸出端排出的所述肉類組分具有足夠的蛋白質提取物，其能夠在隨后烹飪之后形成內聚性的，自支撐的加工肉制品。
12.如權利要求11所述的方法，其中，對組分施加高剪切力的所述步驟包括使所述鹽溶液進入所述肉類流中。
13.一種用于加工肉類的設備，包括具有外殼的攪拌器，其中所述外殼具有輸入端、輸出端、一對定位于所述外殼內的旋轉軸，所述旋轉軸具有定位于至少所述旋轉軸一部分上的若干高剪切攪拌部件，以及用于旋轉所述軸的動力源；和用于將組分輸入到所述攪拌器中的系統，其用于形成穩定的肉類混合物并且推動所述組分從輸入端到輸出端。
14.如權利要求13所述的設備，其中，所述用于輸入組分的系統包含多股用于輸入組分的輸入流，且每股輸入流具有一個進料漏斗。
15.如權利要求14所述的設備，其中，將組分輸入攪拌器的所述系統進一步包括多條輸入管線，其提供多股輸入流，至少一條所述管線提供了包含肉的輸入流；以及控制系統，其基于前饋分析來控制至少一股所述輸入流的流率。
16.如權利要求15所述的設備，其中，所述一對旋轉軸包括螺桿，所述螺桿具有位于其上的若干獨立的、不連續的突起，每個所述突起包含具有鋒利邊緣和轉角的齒，所述齒能刺穿肉來促進蛋白質提取，每個所述齒都具有至少一對大致平行的側面和一個四邊形的端面。
17.如權利要求16所述的設備，其中，至少一股所述輸入流為不同質的，所述控制系統包括至少一個在線分析儀，所述分析儀用于分析所述至少一股不同質輸入流的成分特性。
18.如權利要求17所述的設備，其中，所述控制系統包括用于每股輸入流的泵或閥，并且所述控制系統基于在線分析儀所做的成分特性分析，來控制所述至少一股輸入流的相對流率。
19.如權利要求18所述的設備，其中，每個所述突起包括矩形外表面，一對與所述外表面相交的平行側面，以及一對與所述側面和所述外表面均相交的平行端。
全文摘要
公開了一種設備和方法，其中，肉制品組分在高剪切力下進行攪拌，以使各種組分合并成具有穩定蛋白質基質的混合物。該設備系統包括在外殼中的攪拌裝置，輸入流被導入該外殼中。為了快速形成蛋白質基質，該系統隨后在小體積上施加高剪切力以便將所述組分攪拌混合在一起，從而快速混合肉類組分和其它配料。所述高剪切力使肉變形和扭曲，并允許其它配料被迫進入肉的蛋白質絲中，這使得不需要用于蛋白質提取的腌制階段。
文檔編號A22C5/00GK1826914SQ200610073979
公開日2006年9月6日 申請日期2006年2月17日 優先權日2005年2月18日
發明者P·G·莫林, M·L·里夫, J·L·拓梅, D·B·威爾克, D·T·馬科姆 申請人:卡夫食品集團公司