專利名稱：含圖案的冰凍充氣甜食產品及其生產方法和設備的制作方法
背景技術：
本發明涉及一種含圖案的冰凍充氣甜食產品、生產這種產品的方法和實現這種方法的設備。
已經提供給消費者的是帶有新的結構的冰凍甜食的制品，如蛋糕狀的或單獨模壓成型的部分如杯狀或圓錐狀等結構，其中含有包含物，包含物的物料結構不同于充氣冰凍甜食的本體的結構，比如易碎的以脂肪為基的物料。
在專利文件EP 221，757中，通過將巧克力注入一個帶縱向槽溝的擠出冰淇淋條狀體中，在所述冰淇淋條狀體上形成縱向的窄條狀巧克力薄層，從而生產出包含很多薄片形式的巧克力的冰淇淋圓錐，當擠出條狀體被兩次折疊以充滿圓錐形威化餅干時，與冰淇淋接觸的巧克力層凝固，并隨機地破碎成多個薄片。
根據美國專利USP 5，135，767，為了制造具有薄片結構的杯狀或圓錐狀產品，通過一個擠壓組件將重疊的帶狀冰淇淋和巧克力擠入一個螺旋狀的模具中，該擠壓組件包括一個平的擠壓管和一個噴射管，該擠壓組件接受由一個偏心轉動引起的旋轉運動和一個相對于模具的上升運動引起的旋轉運動。
在美國專利USP 5，283，070中，通過將一種充氣冰淇淋擠壓到一個垂直下降的螺旋體中來制造分層的圓錐，該螺旋體繞一個垂直軸轉動并且具有間隔開的螺旋片，在這些螺旋片之間確定了螺旋體的通道，將巧克力噴射到擠壓螺旋體的通道中，并且將該被噴射的螺旋物堆積到圓錐中，這樣就形成了冰淇淋和巧克力交替分層的產品。
在美國專利USP 4，542，028中，混合的冰凍甜食蛋糕包括多個重疊的連續冰淇淋薄層，這些薄層被交錯的非常薄的巧克力層分隔開，通過從帶細縫的擠壓出口連續地將帶狀冰淇淋擠到一個輸送機上，其間將巧克力薄層噴到帶狀冰淇淋上，并且橫向切割這種多層條狀體使其成為多個部分，以此制造出這種產品。
在已有技術中，通過擠壓制造的分層甜食產品是這樣生產的，或是通過在一個模具中形成交替的冰淇淋和巧克力層，而該模具將其形狀賦予制品，或者通過在一個輸送器上連續地堆積薄帶狀冰淇淋層并且在所述層之間噴射巧克力，并且讓垂直的切割刀具在具有限定形狀的包含物層的橫向通過產品，以切割這樣形成的多層條狀體。
已知的方法不能提供分層物品，如帶柄的冰棍等。
發明概要本發明的目的是生產一種帶外覆蓋層的冰凍帶柄冰棍或類似的產品，該產品帶有多個由包含物形成的薄圖案，包含物的結構不同于充氣冰凍甜食的結構，例如，是一種脆性結構，比如是以脂肪為基的物料或者其包含物的成份是可以通過擠壓而很好地控制形狀和方向的一系列成份。在現有市場上沒有滿足這種目的的產品。
本發明的第二目的是以一種方式形成上述的圖案，該方式允許采用傳統的熱線切割器進行橫向切割，并且允許橫向插入柄。本發明的另一個目的在于生產多種冰凍甜食產品，這些產品需要結合一種或多種不相似的圖案，并且帶有分段的包含物。
根據本發明的冰凍充氣甜食產品包括一個塊，將擠出充氣冰凍甜食的垂直條狀體進行橫向切割得到該塊，充氣冰凍甜食條狀體通過一個模具被擠出，該模具賦予所述塊其外型，充氣冰凍甜食條狀體與包含物共同被擠出，包含物由多個薄圖案組成，構成圖案的材料結構不同于充氣冰凍甜食的結構，特別地，這種材料是以脂肪為基的脆性材料，這些材料被配置成基本平行的橫向圖案，該圖案從條狀體的中心向其周邊延伸，并且被無包含物區相互分隔開，以便于用傳統的熱線切割器進行橫向切割。
術語“包含物”是指具有幾何形狀、結構、味道、顏色特征的附加物。“無包含物”區域表示只有冰凍甜食。
在一個實施例中，產品包括一個帶圖案的充氣甜食的芯，如上所述，該芯被夾在兩塊威化餅干或餅干之間，并且可以用一種以脂肪為基的甜食外覆蓋層部分地覆蓋。
根據本發明的方法，其包括-通過一個設有擠出模具的成型機將一種充氣的冰凍成份擠成一個垂直下降的條狀體，其中該條狀體的橫截面由擠出模具的形狀確定；-通過一個帶連接的噴嘴的空心心軸的組件，在上述條狀體的本體中共同連續地擠出具有多個薄圖案的包含物，該包含物的材料結構不同于充氣冰凍甜食的結構，該材料特別是以脂肪為基的脆性材料，噴嘴上設有細縫，心軸和噴嘴組件位于成型機的中心軸線上，在成型機中的冰凍甜食流中旋轉并且軸向往復運動，這樣形成包含物的薄圖案和無包含物區域；并且-將條狀物切割成塊。
為了清楚起見，可以認為成型機是包含物下降的長度。一般模具相對較短并且確定了最終產品的軌跡。
根據本發明的設備，其包括-一個備有供給充氣冰凍成份的成型機，其上設有一個擠壓模具，充氣冰凍成份流通過該模具流出，成為一個條狀物，其中該條狀物的橫截面由擠出模具的形狀確定；-一個帶有連接的噴嘴的中空心軸組件，噴嘴上設有細縫，心軸和噴嘴組件位于成型機的中心軸線上；-在成型機中的冰凍甜食流中旋轉該組件并使其作軸向往復運動的裝置；-提供包含物材料的裝置，該裝置以脈動的方式從一個橫向入口經過旋轉接頭和心軸及噴嘴提供包含物材料，以便形成薄的包含物的圖案和無包含物區域；和-在無包含物區域將條狀物橫向切割成塊的裝置。
在一個實施例中，該設備還可以進一步包括被加熱區，以便減小沿成型機的壁的磨擦，并且有助于保持平面的圖案，并且這是為達到平面流動所采用的選擇之一。
發明的詳細描述在本發明的說明中，充氣的冰凍甜食是一種充氣的冰凍成份，例如是一種充氣的冰淇淋、冰凍果子露或冰糕或冰凍酸奶酪，它們都具有軟的結構。因此，流過成型機的成份可以是不同顏色和香味的冰淇淋、冰凍果子露或冰糕，這些成份可以被共同擠出，并且其中還可以含有果汁、調味料或小的包含物顆粒，這樣生產一種基本具有柔軟結構的合成物或有大理石花紋的或有斑點的物體。
對于包含物采用的術語“結構不同于充氣冰凍甜食的材料”應用于一種以脂肪為基或以水為基的成份或一種乳狀液或一種懸浮液，最好是一種在成為冰凍制品的溫度時呈脆性的成份。脂肪可以是一種蔬菜脂，如可可脂、可可脂的替代品或等價物，更特別地，可以是一種以脂肪為基的通常用于甜食的外覆蓋層。它還可以是一種以水為基或含糖的成份，如一種糖漿或調味品或煉制過的糖。一種以脂肪為基、以水為基或含糖的成份還可以含有調味料和色素。該成份應該為液體，并且在噴嘴出口處具有很好的噴撒性能，這樣，它將以薄圖案的形式被從帶細縫的噴嘴出口處施加出來，并且在與冷卻的充氣甜食接觸之后凝固。
“細縫”被理解為噴嘴的出口孔的長度顯著地長于其寬度。它并不需要平行，比如它可以是不平行的，在向著離開心軸的端部其寬度可以逐漸減小。
在此所采用的“薄的包含物圖案”，被定義為多個包含物圖案，其厚度在0．3到2毫米的范圍內。
心軸和噴嘴組件可以具有單個或多個孔道及單個或多個細縫，用來供應一種或多種相同或不同性質的材料。
設計和操作組件部件的方法，使其能夠隨著某種具體產品的需要產生多種帶圖案的包含物沉積。為了便于切割，產生大體上平行于切割平面的薄圖案。
獨立地或者與圖案的取向相關聯地采用脈動來使傳統線切割器的切割平面中的包含物最少。為了產生一個無包含物區域，在旋轉的同時，噴嘴沿心軸的軸線方向迅速地往復移動。噴嘴的快速軸向運動，在以下稱為“脈動”，引起了包含物在冰凍甜食流中出現分段。以運動的形式而不是以熱的形式呈現的振動能量被傳給了流過心軸和噴嘴組件的包含物，從而可以在低熱量輸入即在包含物為低溫和／或低流量的方式下，保持流動而不出現堵塞。然后，使一個傳統的熱線切割器與噴嘴的位置同步，從而使該切割器切割無包含物區域。也可以生產多成份的包含物。
一個心軸將包含物成份導入一個或多個噴嘴中，噴嘴帶有一個或多個孔道。心軸可以以恒速轉動，或以正交方式旋轉，或在正交的范圍內交替以順時針或逆時針的方式旋轉．對于恒速在一個方向的旋轉，一般離開噴嘴的包含物在相反的方向運動，產生連續的包含物圖案。不連續旋轉將產生朝向心軸軸線的包含物的部段，例如，以便于柄的插入，其角度為165-195度，對于巧克力圖案，其角度為195-305度，對于香草圖案，其角度為305-55度，對于草莓圖案，其角度為55-165度。
采用步進和伺服電機可以使心軸和噴嘴產生軸向和旋轉運動的多種組合，以便形成具體的幾何圖案。這種電機可以被編程以便用最小的物理硬件的變化產生多種圖案，如通過更換噴嘴或改變噴嘴方向。
心軸可以比如通過一個柔性接頭，在沿其軸線上的一點上被鉸接，以便將圖案放置在非圓形的成型機中。
另外，本發明的方法還允許將圖案導入水的冰凍產品中。
以下將通過實施例的形式，參考附圖對本發明進行更詳細的描述，其中所示的擠壓裝置最好是垂直的。但并不設定該擠壓裝置必須是垂直的。條狀物既可以是水平的，也可以是相對于水平或垂直是傾斜擠出的。
附圖的簡要描述

圖1示意地顯示了該設備和所生產的帶柄產品的部分剖視圖；圖2示意地顯示了該設備的另一個實施例，其中帶有一個兩孔道心軸的局部剖視圖；圖3是圖1所示的單孔道心軸沿AA線的剖視圖；圖4是圖1所示的三孔道心軸沿AA線的剖視圖；圖5是圖2所示的兩孔道心軸沿BB線的剖視圖；圖6是單孔道噴嘴的詳細正視圖；圖7是雙孔道噴嘴的詳細正視圖；和圖8示意性地表示了另一個無柄的夾層產品。
附圖的詳細描述參見圖1，充氣冰淇淋混合物1被抽入成型機2中。在擠壓通道中，成型機隨著擠壓模具3的形狀形成產品的橫截面，并且由一個傳統的熱線切割器5從擠出的條狀體上切下塊4。柄6橫向插入切下的塊4中，切割時間決定了產品的厚度，然后，產品下面的板式輸送器7將該產品撤出，以便進行下一步處理。下一步處理沒有加以敘述，它意味著讓帶柄的塊通過一個冷卻通道、將甜食外覆蓋層包住被冷卻的制品，并且在流水式包裝作業中將帶外覆蓋層的帶柄冰棍包住。
帶單噴嘴9(圖4)或多噴嘴10(圖7)的心軸8被設置在成型機2的中心軸線上，噴嘴相對心軸的軸線呈約60°角連接。該心軸和噴嘴組件沿箭頭f1所指方向上順時鐘旋轉，并且沿著箭頭f2所指的方向、以往復運動的形式在成型機中的冰淇淋流中軸向移動。可泵送的包含物成份，如以巧克力為基的混合物11，從入口12進入，經過旋轉接頭13以及旋轉并軸向移動的心軸和噴嘴組件，被泵入冰淇淋流中。在泵壓力作用下的包含物離開噴嘴9進入到冰淇淋流中，形成薄的圖案。運動部件、包含物料以及冰淇淋的速度決定了冰淇淋中包含物形成的圖案。
冰淇淋中包含物的幾何圖案主要由以下因素決定冰淇淋流的速度、心軸的徑向運動、心軸的軸向運動、噴嘴相對于橫截平面的方向、噴嘴相對于成型機中心線的角度、包含物在噴嘴處的排出速度分布、排出速度沿噴嘴的縱向軸線的分布、包含物排出噴嘴時的溫度、包含物離開噴嘴之后的凝固速率、噴嘴的結構(入口和出口的幾何形狀、細縫的細部、長寬比)、噴嘴到成型機壁之間的距離。
在心軸旋轉時，心軸在軸向上往復脈動，在形成的包含物圖案中產生了無包含物的區段或區域。采用一個如生產要求中所表明的步進電機(沒有顯示)，可以使心軸以恒定的速度轉動，也可以使其以非恒定的速度和方向轉動。由于噴嘴的迅速移動，軸向上的脈動導致產生了無包含物區域。這樣做產生了分段的包含物，從而可以采用傳統的切割方法進行切割。
對于冰棍產品來說，典型的運動方式是沿冰淇淋流向相反的方向快速地移動噴嘴，以便產生無包含物區域15。緊隨其后，再將噴嘴順著冰淇淋的流向軸向移動噴嘴，其運動速度稍大于冰淇淋的流速。這樣就在產品中的無包含物區域之間產生了一個明顯的包含物圖案。心軸軸向運動與冰淇淋流動的速度差決定了包含物區域的長度。包含物區域被限制在生產一個塊冰棍所需要的總時間內，較少的時間用來產生無包含物區域。為了避免沿著成型機的內壁的磨擦，并且有利于生產平面圖案，沿成型機的外側提供了加熱區域16。
切割器5與無包含物區域同步，這樣切割器通過產品的部位是無包含物區域。脈動的分布由產品說明書規定。脈動分布是時間與位置的關系，這種關系建立了包含物區域和無包含物區域。因此，脈動的分布由幾種因素規定，其中包括所要求的包含物區域和無包含物區域的長度，在可施加時插入柄所需要的體積、產品的切割速率和包含物特性(如結冰溫度)。
在所示的實施例中，軸向脈動由一個凸輪17和一個隨動件18來實現的，它們由作用在凸輪17上的雙作用空氣致動器19驅動。空氣致動器19由雙動電磁閥20驅動，該電磁閥又由兩個串連的定時器21驅動。可以采用任何可靠并且衛生的裝置來驅動心軸軸向運動和轉動。
特別地，可以采用一個伺服控制單元，其優點在于可以比機械控制裝置具有更大的靈活性。這樣心軸的軸向運動和轉動可獨立地編程。
脈動也是可以調節的，如高頻振動加強了噴嘴的性能，即減少了堵塞。這樣在低包含物溫度、低流速以及采用廣譜的配方和成份的條件下，增強了可操作能力。
在噴嘴位置處的建立的圖案可以通過改變成型機的橫截面來進行改變，該截面根據冰棍的外形，可以是如帶圓角的矩形或橢圓。由于改變橫截面而產生的非平面圖案可以通過改變噴嘴對心軸軸線的角度來修正。改變成型機中的橫截面和流動分布所產生的影響，可以通過改變噴嘴幾何結構來抵消，即將噴嘴向著與冰淇淋流動方向呈約60°到約90°的方向，和／或靠近成型機的加熱區。心軸和噴嘴組件的軸也可以被偏心地驅動，心軸和噴嘴組件可以設有適當的凸輪裝置，以便當模具的橫截面不是圓形時，例如為帶圓角的矩形或橢圓形時，讓噴嘴掠過模具橫截面的大部分，或者噴嘴可以帶有一個運動控制鉸接器，如在旋轉的同時通過成型機中的一個柔性接頭。
如圖2所示，空心心軸8有兩個設有一個雙向噴嘴22、23的孔道。心軸8包括一個中心管24和一個外部同軸管27，該中心管24通過一個旋轉接頭26與第一可泵吸的包含物流體入口25相連，外部同心管27包圍著管24，并且通過一個旋轉接頭29與第二可泵吸的包含物流體入口28相連。在管27和一個外部管30之間，形成了一個套管形的空氣間隙31，而外部管30最好是用低導熱的塑料材料制成。提供一種導熱材料的薄膜32，如一種電阻加熱器，用來局部加熱包含物流，以避免與心軸的內壁的磨擦，該心軸與冷卻的冰凍甜食流1相接觸。
在圖2所示的實施例中，通過一個配合的管接頭33來驅動一個滾珠絲杠組件(沒有顯示)，并且由心軸8的軸承34協助，實現了沿箭頭f2的軸向脈動。以這種方法，可以用一個電機(沒有顯示)驅動心軸軸向運動和轉動。
不同的流體通過密封圈35、36和37相互密封。
如圖3、4和5所示，心軸8的橫截面包括一個低導熱率的帶凹槽的塑料芯38，該塑料芯上有一個孔道39(圖3)，一個帶有兩個內管并形成兩個孔道24和27的低導熱率的塑料外管30(圖5)，或一個低導熱率的帶凹槽的塑料芯38，該塑料芯38上有三個孔道40(圖4)，用來同時放置作為包含物的多種成份，并將其壓入比如一個不銹鋼套管41。帶凹槽的芯38被支承在三個點處，以減小塑料芯38與套管41之間的接觸，并提供一空氣間隙42，該間隙可被抽空以進一步減小熱傳遞。在圖5的實施例中，在內管27和外管30之間有一個以套管形式31出現的空氣間隙。還可以采用其它的絕熱方法，如采用氣凝膠、抽真空的辦法將包含物流與冰淇淋進行熱隔絕。
分別由圖6和圖7所示，噴嘴9有一個細縫43，而噴嘴10分別有兩個細縫44。同樣，噴嘴22和23(圖2)可以具有一個或兩個細縫。
在圖8中，該產品包括一個冰淇淋45的芯，其中成圖案的巧克力包含物46夾在威化餅干或餅干層47之間，層47僅覆蓋了上下表面的一部分，剩余的所述表面用巧克力覆蓋層48包住或者層47覆蓋整個冰淇淋的上下表面(該實施例沒有示出)在一個典型的生產帶柄冰棍的實例中，使心軸8以100-200rpm的速度來回脈動并且高頻振動，噴嘴與垂直方向成60°的角度，噴嘴的細縫的寬度為0．6-1．2mm(0．025-0．05英寸)，長寬比為22-24，包含物材料的壓力為1．5-3巴(20-40磅／平方英寸)，包含物材料的入口溫度＜30℃(＜85°F)，包含物與冰棍的重量比為5-10％，這樣采用一個心軸中的孔道和噴嘴內的一個細縫可以生產100-200層／分鐘，采用一個孔道／兩個細縫可以生產200-400層／分鐘，而采用兩個孔道／兩個細縫可以生產400-800層／分鐘。由于心軸有適當的隔熱，所以噴嘴不會堵塞。
該產品具有多于2-3個基本平行并且相當清楚的、厚度為0．6-1．2mm(0．025-0．05英寸)的橫向圖案，該圖案從橫截面的中心到周邊都具有幾乎恒定的厚度和形狀。特別地，完全避免了由于中心的高混合速率而導致產品的中心缺少確定的圖案和由于高度混合的中心部分形成的“圓環”形狀的層。該冰棍被切割后具有清楚的橫向切口，而看不到包含物在切刀后的流動。當將冰棍切割成一定長度時，包含物從成型的冰棍中的外流是十分不利的，因為這將導致粘板，使板非常難于清理干凈。另外，讓柄在無干涉的情況下插入是有益的。帶有障礙地插入柄將導致冰棍損壞或者導致柄的錯位／偏置，從而使產品損失。
權利要求
1．一種冰凍充氣甜食產品，其包括一個塊，將擠出充氣冰凍甜食的垂直條狀體進行橫向切割得到該塊，充氣冰凍甜食條狀體通過一個模具被擠出，該模具賦予了所述塊的外形，充氣冰凍甜食條狀體與包含物共同被擠出，包含物包括多個薄圖案，圖案的材料結構不同于充氣冰凍甜食的結構，特別地，這種材料是以脂肪為基的脆性材料，這些材料被配置成基本平行的橫向圖案，該圖案從條狀體的中心向其周邊延伸，并且被無包含物區相互分隔開，以允許用傳統的熱線切割器進行橫向切割。
2．根據權利要求1所述的產品，其包括一個帶圖案的充氣甜食的芯，該芯被夾在兩塊威化餅干或餅干之間，并且可以由一種以脂肪為基的甜食覆蓋層部分地覆蓋。
3．根據權利要求1所述的產品，其包括一個帶柄冰棍，該冰棍包括一個如上所述的帶圖案的充氣甜食的芯，其中柄橫向插入無包含物區域，該帶柄冰棍由一種以脂肪為基的甜食覆蓋層覆蓋。
4．一種制造帶圖案冰凍充氣甜食產品的方法，其包括-通過一個設有擠出模具的成型機將一種充氣的冰凍成份擠成一個垂直下降的條狀體，其中該條狀體的橫截面由擠出模具的形狀確定，-通過一個帶連接的噴嘴的空心心軸組件，在上述條狀體本體中共同連續地擠出具有圖案的包含物，該包含物的材料結構不同于充氣冰凍甜食的結構，該材料特別可以是以脂肪為基的脆性材料，噴嘴上設有細縫，心軸和噴嘴組件位于成型機的中心軸線上，在成型機中的冰凍甜食流中旋轉并且軸向往復運動，這樣形成包含物圖案和無包含物區域，并且-將條狀物切割成塊。
5．根據權利要求4所述的方法，其還包括將一個柄橫向地插入共同擠出的產品的無包含物區域中。
6．根據權利要求4或5所述的方法，其還包括用一種以脂肪為基的甜食外覆蓋層包住其同擠出的產品。
7．一種制造帶圖案冰凍充氣甜食產品的設備，其包括-一個備有供給充氣冰凍成份的成型機，其上設有一個擠壓模具，充氣冰凍成份流通過該模具流出，成為一個條狀物，其中該條狀物的橫截面由擠出模具的形狀確定；-一個帶有連接的噴嘴的心軸組件，噴嘴上設有細縫，心軸和噴嘴組件位于成型機的中心軸線上；-在成型機中的冰凍甜食流中旋轉該組件并使其作軸向往復運動的裝置；-提供包含物材料的裝置，該裝置以脈動的方式從一個橫向入口經過旋轉接頭和心軸及噴嘴提供包含物材料，以便形成薄的包含物圖案和無包含物區域；和-在無包含物區域將條狀物橫向切割成塊的裝置。
8．根據權利要求7所述的設備，其中，心軸是隔熱的，以便于冰凍甜食本體中加入包含物材料，包含物材料的溫度完全不同于冰凍甜食本體的溫度。
9．根據權利要求7所述的設備，其中，心軸和噴嘴組件具有一個或多個孔道以及一個或多個細縫，以便送出一種或多種性質相同或不同的包含物材料。
10．根據權利要求7所述的設備，其中，噴嘴連接到心軸上，噴嘴相對于心軸和噴嘴組件的旋轉軸線的角度為60°或更大。
11．根據權利要求7到10中任意之一項所述的設備，其中，噴嘴和心軸組件是振動的。
12．根據權利要求7所述的設備，其中，成型機和／或心軸在某些區域被加熱，以便保持一種平面的圖案。
13．根據權利要求7所述的設備，其中，噴嘴設有運動控制鉸接件，以便掠過非圓成型機的部段。
14．根據權利要求7所述的設備，其中，使組件進行旋轉和軸向移動的裝置包括一個伺服-控制的步進電機，該電機為所述組件提供獨立可編程的旋轉和移動。
全文摘要
一種冰凍的甜食物品,如一種帶覆蓋層的冰凍帶柄的和類似的產品,其制造方法是將充氣冰凍甜食與多個由包含物形成的薄圖案共同擠出,包含物的結構不同于充氣冰凍甜食的,即一種以脂肪為基的脆性圖案,或者包含物成分是可以通過擠壓而很好地控制形狀和方向的一系列成份,擠壓裝置是一個成型機,該成型機設有旋轉和脈動的心軸和噴嘴組件。
文檔編號A23L1/20GK1291081SQ99803238
公開日2001年4月11日 申請日期1999年2月12日 優先權日1998年2月23日
發明者W·弗倫奇, J·E·羅梅蒂洛 申請人:雀巢制品公司