Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein verbessertes Extrusionskochverfahren, wobei der Extruder eine minimale Länge aufweist, um Ausrüstungs- und Instandhaltungskosten zu verringern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer solchen Vorrichtung, wobei die Innenbohrung des Extruderzylinders eine sich verjüngende, allgemein kegelstumpfförmige Ausgestaltung aufweist und die Extruderschnecke sich entsprechend verjüngt. Bei der Produktion von aufquellenden Nahrungsmittelerzeugnissen weist der Extruder zwischen dem Einlass und der Extrusionsdüse vorzugsweise eine Einrichtung auf, die eine Materialflussdrosselung darstellt. Wenn kompakte, vollständig gekochte, sterilisierte Nahrungsmittel mit geringer Feuchtigkeit erwünscht sind, wird der Extruder ohne eine Durchflussdrosselung in der Mitte des Zylinders betrieben und er wird betrieben, um einen hohen Druck innerhalb des Zylinders unmittelbar benachbart zu der Extruderdüse zu erzeugen. Extrusionsvorrichtungen gemäß der Erfindung werden bei einer hohen Drehzahl betrieben und können im Wesentlichen Durchsätze und Erzeugnisqualitäten von viel größeren Maschinen erreichen.

Extrusionskochvorrichtungen werden seit langem bei der Herstellung einer großen Vielzahl von essbaren und anderen Erzeugnissen, wie zum Beispiel von menschlichen und tierischen Nahrungsmitteln verwendet. Allgemein ausgedrückt weisen diese Extrudertypen einen länglichen Zylinder, zusammen mit einer oder mehreren inneren, schraubenförmigen, axial drehbaren Extrusionsschnecken darin auf. Der Auslass des Extrusionszylinders ist mit einer durchlöcherten Extrusionsdüse versehen. Bei Verwendung wird ein zu verarbeitendes Material in den Extruderzylinder eingegeben und durch ihn hindurch geführt und ansteigenden Temperatur-, Druck- und Scherbeanspruchungspegeln ausgesetzt. Wenn das Material aus der Extruderdüse austritt, ist es vollständig gekocht und geformt und kann normalerweise unter Verwendung einer Drehmesseranordnung geteilt werden. Herkömmliche Extruder dieses Typs sind in den US-Patenten Nr. 4,763,569; 4,118,164 und 3,117,006 offenbart.

Die meisten herkömmlichen modernen Extrusionskocher sind aus einer Reihe von miteinander verbundenen Zylinderköpfen oder Zylinderabschnitten aufgebaut, wobei die Innenschnecke(n) ebenfalls unterteilt ist (sind) und auf einer angetriebenen, drehbaren Welle (auf angetriebenen drehbaren Wellen) angebracht ist (sind). Um den gewünschten Kochpegel zu erreichen, hat es sich als erforderlich erwiesen, relativ lange Zylinder und dazugehörige Schnecken vorzusehen. Somit weisen viele Hochleistungs-Maschinen zur Herstellung von pelletierten Nahrungsmitteln fünf bis acht Zylinderabschnitte auf und haben eine Länge von etwa dem 10- bis 20-fachen des Schneckendurchmessers. Wie zu erkennen ist, sind solche langen Extruder teuer und rufen darüber hinaus Probleme hervor, die mit der korrekten Lagerung der Extrusionsschnecke(n) innerhalb des Zylinders verbunden sind. Frühere Versuche zur Verwendung von relativ kurzen Extrudern sind jedoch erfolglos gewesen und litten unter Problemen von unzureichendem Kochen und/oder relativ geringen Erträgen.

In den letzten Jahren sind Versuche unternommen worden, Extrusionsausrüstungen bei der Herstellung von pelletierten Nahrungsmitteln zu verwenden. Die Extrusion ist in diesem Zusammenhang vorteilhaft, weil Extrusionszustände die Erzeugnisse wirksam sterilisieren. Nach herkömmlichen Extrusionsverfahren hergestellte Pellets sind jedoch oft zu hart und lösen sich nicht leicht in Wasser auf. Solche harten Pellets können den Magen von Tieren durchwandern, wobei sie größtenteils intakt und unverdaut bleiben. Ein anderes Problem, das mit durch Extrusion hergestellten Nahrungsmitteln verbunden ist, besteht darin, dass Nährstoffe wie Aminosäuren und Vitamine wesentlich abgebaut und während der Verarbeitung durch Wärme denaturiert (vergällt) werden. Andererseits sind Erzeugnisse, die unter Verwendung herkömmlicher Pellet-Mahlwerke hergestellt werden, obwohl sie viele erwünschte physikalische und Ernährungseigenschaften aufweisen, unzureichend wärmeverarbeitet und gekocht, so dass schädliche Bakterien in den pelletierten Erzeugnissen verbleiben können. In Reaktion auf diese Probleme ist vorgeschlagen worden, eine aus zwei Komponenten bestehende Vorrichtung in Form eines Extruders zu verwenden (die manchmal als eine "Expansionsmaschine" bezeichnet wird), die mit einem Pellet-Mahlwerk gekoppelt ist. Die Ausgangsmaterialien werden somit in dem Extruderabschnitt gekocht und abschließend in dem daran angebrachten Pellet-Mahlwerk geformt. Diese aus zwei Komponenten bestehende Vorrichtung ist jedoch relativ teuer, insbesondere für die Herstellung von Tiernahrungsmitteln.

Es besteht somit im Fachgebiet ein Bedarf für verbesserte, billige, kurze Extrudervorrichtungen, die im Wesentlichen den herkömmlichen Langzylinder-Extrudern hinsichtlich Produktdurchsatz und Qualität gleichen. Weiterhin ist ein Bedarf für eine Extrudervorrichtung vorhanden, die Nahrungsmittel produzieren kann, die im Wesentlichen nicht-abgebaute Nährstoffe enthalten, die in hohem Grade gekocht sind und erwünschte Verdauungseigenschaften aufweisen, die denen herkömmlicher Nahrungsmittel gleichen, die unter Verwendung eines Pellet-Mahlwerks hergestellt werden.

US-A-5,480,673 offenbart einen Extrusionsprozess für die Herstellung von Tiernahrungsmitteln. Das Patent legt dar, dass in einigen seiner Beispiele (Lauf Nr. 5) der Extruder bei einer Drehzahl von 417 U/Min betrieben wird. Diese Darlegung ist jedoch falsch. Gemäß einer schriftlichen Erklärung des Erfinders von US-A-5,480,673 (das jetzt ebenfalls dem Anmelder der vorliegenden Erfindung gehört) betrug die tatsächliche Drehzahl der Extruderwelle für diesen Lauf 85–105 U/Min.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist.

Die Extruderzylinder, die in der Erfindung verwendet werden, weisen normalerweise Oberflächen auf, die eine innere Bohrung definieren und ausgestaltet sind, um beabstandete, schraubenförmige Rippenabschnitte entlang der Länge davon darzustellen. Diese Rippen unterstützen das Mischen und Kochen des Materials während der Bewegung entlang einer kurzen Länge der Extruderzylinder. Diese Wirkung wird durch relativ hohe Drehzahlen der entsprechenden Schneckenanordnungen verstärkt. In der Praxis werden die Schneckenanordnungen mit einer Drehzahl von mindestens 500 U/Min betrieben, bevorzugter bei mindestens 550 U/Min und noch bevorzugter bei mindestens 600 U/Min. Der bevorzugteste Drehzahlbereich reicht von etwa 600–1500 U/Min.

Die kurzen Extruder, die in der Erfindung verwendet werden haben ein Verhältnis der Länge zum maximalen Durchmesser (L/D-Verhältnis) bis zu etwa 6 und bevorzugter von etwa 3–6. Somit können die Vorrichtungen gemäß der Erfindung mit bedeutend geringeren Kosten im Vergleich zu den herkömmlichen Kochextrudern hergestellt werden. Ferner sind die Kosten für Instandhaltung und das Auswechseln von Bauteilen verringert.

Die Verfahren gemäß der Erfindung sind insbesondere für die Vorbereitung von Nahrungsmittelprodukten, insbesondere von Tiernahrungsmittelprodukten geeignet. Solche Produkte können sehr vielfältig sein, wie zum Beispiel normale Pellet-Produkte oder Pelletprodukte mit größerer Dichte. Die Ausgangsmaterialien für aufquellbare oder kompakte Nahrungsmittel weisen üblicherweise einen hohen Kornanteil von mindestens etwa 40 Gewichtsprozenten (z. B. Mais, Weizen, Sojabohnen, Milo (Sorghum), Eicheln) auf und sie können Fette und andere Nebenbestandteile einschließen. Aufquellbare Produkte gemäß der Erfindung würden normalerweise eine Enddichte (d. h. nach dem Trocknen) von etwa 240,3–400,5 kg/m³ (15–25 lb/ft³) aufweisen, während kompaktere Pellet-Produkte normalerweise eine Enddichte von etwa 480,6–801 kg/m³ (30–50 lb/ft³) aufweisen würden. Allgemein würden somit Produkte der Erfindung Enddichten in der Größenordnung von etwa 240,3–801 kg/m³ (15–50 lb/ft³) aufweisen.

Es ist weiterhin ermittelt worden, dass gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Produkte im Wesentlichen keinen Verlust von Aminosäure- und/oder Vitamin-Gehalt aufweisen, d. h. nicht mehr als etwa 10% Verlust im Vergleich zu dem jeweiligen Aminosäuren- und/oder Vitamingehalten der Ausgangsrezepturen und am bevorzugtesten weniger als 5% Verlust. Anders ausgedrückt, die Extrudate der Erfindung sollten mindestens 90% des Gesamt-Ausgangs-Aminosäuren- und/oder Vitamingehalts darin in einer im Wesentlichen nährstoffmäßig aktiven und unabgebauten Form enthalten und bevorzugter mindestens 95% davon. Der Gesamt-Aminosäurengehalt leitet sich aus den Aminosäuren ab, die in den Ausgangsbestandteilen vorhanden sind und aus der Einbeziehung von Aminosäurenzusätzen. Solche Zusätze könnten Lysin, Valin, Methionin, Arginin, Threonin, Trypophan, Histadin, Isoleucin und Phenylalamin entweder als eine freie Aminosäure oder als Rückstände in komplexeren Additiven, wie zum Beispiel di-, tri- und anderen Polypeptiden sein. Der Typ der Vitamine würde von den Ernährungsanforderungen bestimmt sein und es könnte sich normalerweise um Eigenvitamine und/oder Vitamin-Vorgemische, die eine Vielzahl von Vitaminen, einschließlich Vitamin A, enthalten, handeln. Die Fähigkeit, Aminosäuren- und/oder Vitamingehalte aufrechtzuerhalten, ist ein deutlicher Vorteil gegenüber der herkömmlichen Verarbeitung, bei welcher der Aminosäuren- und Vitaminabbau während des Extrusionskochens beträchtlich sein kann.

1 ist eine vertikale Schnittansicht, die einen bevorzugten kurzen Extruder gemäß der Erfindung darstellt;

2 ist eine Schnittansicht, geschnitten entlang der Linie 2-2 von 1, welche die Düsenanordnung des Extruders in der Zylindermitte darstellt;

3 ist eine Schnittansicht, ähnlich der von 2, die jedoch eine alternative Düsenkonstruktion in der Zylindermitte darstellt;

4 ist eine Schnittansicht, ähnlich der von 2, die einen kurzen Extruder gemäß der Erfindung darstellt, der insbesondere für die Herstellung von in hohem Grade gekochten Tiernahrungsmittelprodukten mit geringer Feuchtigkeit und hoher Volumendichte ausgestaltet ist;

5 ist eine Seitenansicht, welche die äußere Gestalt des bevorzugten kurzen Extruders gemäß der Erfindung darstellt;

6 ist ein Balkendiagramm mit einer logarithmischen Kurve in Bestanpassung für die Daten einer Reihe von Wasserabsorptions-/Pelletdispersions-Tests, in denen herkömmlich extrudiertes Schweinefutter auf den anfänglichen Zerkleinerungswiderstand und auf den Zerkleinerungswiderstand in Intervallen von einer Minute während des Eintauchens des Futters in Wasser mit einer Temperatur von 14,4°C (58°F) getestet wurde;

7 ist ein Balkendiagramm ähnlich dem von 6, das jedoch den gleichen Typ von Wasserabsorptions-/Pelletdispersions-Zerkleinerungswiderstands-Testdaten für Schweinefutter zeigt, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;

8 ist ein Balkendiagramm ähnlich dem von 6–7, das jedoch den gleichen Typ von Wasserabsorptions-/Pelletdispersions-Zerkleinerungswiderstands-Testdaten für Schweinefutter zeigt, das unter Verwendung eines Pelletmahlwerks hergestellt wurde;

9 ist eine Darstellung unter einem Rasterelektronenmikroskop (SEM), die die Struktur eines herkömmlichen Schweinefutterpellets zeigt, das unter Verwendung eines Standard-Pelletmahlwerks vorbereitet wurde;

10 ist eine Darstellung unter einem Rasterelektronenmikroskop ähnlich der von 9, die jedoch die Struktur eines Schweinefutterpellets gemäß der Erfindung zeigt;

11 ist eine Teilansicht eines kurzen Doppelschneckenextruders gemäß der Erfindung von oben, und

12 ist eine Teilansicht eines anderen kurzen Doppelschneckenextruders gemäß der Erfindung von oben.

Nun Bezug auf die Zeichnungen nehmend, ist in 1 eine kurze Extruderanordnung 10 für die Herstellung von aufquellbaren Nahrungsmittelprodukten dargestellt. Allgemein ausgedrückt, weist die Anordnung 10 eine Vorbehandlungseinrichtung 12 und einen Extruder 14 auf. Der letztere weist einen länglichen, röhrenförmigen Zylinder 16 mit einem Einlass 18 und an seinem äußersten Ende eine durchlöcherte Extrusionsdüse 20 auf. Eine längliche, axial drehbare Schneckenanordnung 22 ist in dem Zylinder 16 entlang seiner Länge angeordnet.

Ausführlicher beschrieben, ist die Vorbehandlungseinrichtung 12 dazu ausgestaltet, anfangs Trockenbestandteile vor ihrem Einführen als teigartige Masse in den Einlass 18 des Extruders 14 anzufeuchten und teilweise vorzukochen. Zu diesem Zweck ist die Vorbehandlungseinrichtung 12 normalerweise in der Form einer länglichen Kammer ausgeführt, die mit drehbaren inneren Rührarmen sowie mit Einspritzöffnungen für Wasser und/oder Dampf ausgestattet ist. Im Zusammenhang mit der Erfindung kann eine Vielzahl von Vorbehandlungseinrichtungen verwendet werden. Es ist jedoch insbesondere bevorzugt, die Wenger-DDC-Vorbehandlungseinrichtungen des Typs zu verwenden, der in dem US-Patent Nr. 4,752,139 beschrieben ist, das durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.

In der dargestellten Ausführung ist der Zylinder 16 aus drei axial ausgerichteten und miteinander verbundenen, röhrenförmigen Kopfabschnitten, nämlich dem Einlasskopf 24 und einem zweiten und dritten Abschnitt 26, 28 aufgebaut. Der Einlasskopf 24 ist ausgestaltet, den sich nach oben öffnenden Extrudereinlass 18 zu bilden und er ist unter dem Auslass der Vorbehandlungseinrichtung 12 positioniert, wie es dargestellt ist. Weiterhin weist der Einlasskopf 24 eine durchlöcherte Endwand 30 auf, die mit Dichtungen 32 zum Eingreifen mit dem Dichtungsblock 34 versehen ist. Die Schneckenanordnung 22 ist auf einer sechskantigen Antriebswelle 36 montiert und wird über das schematisch dargestellte herkömmliche Lagergehäuse 39 und den Elektromotor 39a gedreht.

Der zweite Kopf 26 weist einen äußeren, metallischen Abschnitt 38 auf, der mit einem äußeren Mantel 40 versehen ist. Der letztere weist einen Einlass 42 und einen Auslass 44 auf, um so das Einleiten von Heiz- oder Kühlmedien (z. B. Kaltwasser oder Dampf) in den Mantel zu gestatten und somit eine indirekte Temperatursteuerung für den Kopf 26 zu erlauben. Weiterhin ist der Abschnitt 38 mit einem Paar von durchgehenden Öffnungen 46, 48 versehen. Wie dargestellt befindet sich ein Einspritznippel 50 innerhalb der Öffnung 46, während die Öffnung 48 einen entfernbaren Stopfen 52 darin aufweist.

Der Gesamtkopf 26 weist ferner eine entfernbare, stationäre metallische Buchse 54 auf, die an der inneren Stirnfläche des Abschnitts 38 befestigt ist. Die Buchse 54 weist eine innere Oberfläche 56 auf, die schraubenförmige Rippen 57 hat und die eine sich axial erstreckende Bohrung 58 bildet. Wie dargestellt wird die Dicke der Buchse 54 entlang ihrer Länge größer, so dass sich der Durchmesser der Bohrung 58 zwischen dem Einlasskopf 24 und dem dritten Kopf 28 verringert. Die Buchse 54 weist weiterhin Queröffnungen 59 und 59a dadurch auf, die mit den vorher beschriebenen Zylinderabschnittöffnungen 46, 48 ausgerichtet sind. Das von dem Einlasskopf 24 entfernte Ende des Kopfes 26 ist mit einem durchlöcherten Stator 60 (siehe 2) versehen. Der Stator 60 weist einen Außenflansch 62, der zwischen den Köpfen 26, 28 angeordnet ist, wie es dargestellt ist, sowie einen sich nach innen erstreckenden ringförmigen Abschnitt auf. Der Abschnitt 64 hat einen ganz innen angeordneten Lagerring 66, der daran durch die Schrauben 68 befestigt ist. Weiterhin ist der Abschnitt 64 mit einer Reihe von sechs über den Umfang beabstandeten kreisförmigen Löchern 70 dadurch versehen. 3 zeigt eine andere Rotor/Stator-Anordnung, die mit der in 2 dargestellten Anordnung identisch ist, außer dass anstelle der Löcher 70 eine Reihe von sechs über den Umfang beabstandeten Schlitzen 70a vorgesehen ist.

Der dritte Kopf 28 ähnelt in vielen Aspekten dem Kopf 26 und weist einen äußeren röhrenförmigen Abschnitt 72 und einen äußeren Mantel 74 auf, wobei der letztere mit einem Einlass 76 und einem Auslass 78 für das Einleiten von indirekten Kühl- oder Heizmedien versehen ist. Ferner weist der Abschnitt 72 Queröffnungen 80, 82 dadurch auf, die den Nippel 84 bzw. den entfernbaren Stopfen 86 aufnehmen.

Eine stationäre, entfernbare metallische Buchse 88 ist innerhalb des Abschnitts 72 angeordnet und weist Queröffnungen 89, 89a dadurch auf, die mit den Öffnungen 80, 82 ausgerichtet sind. Die innere Oberfläche 90 der Buchse 88 weist schraubenförmige Rippen 89 auf und definiert eine sich in axialer Richtung erstreckende zentrale Bohrung 92. Die Bohrung 92 verringert sich in ihrem effektiven Durchmesser zwischen dem Ende des Zylinderabschnitts 28, das dem Abschnitt 26 benachbart ist, und dem Ende des Abschnitts 28, das der Düse 20 benachbart ist.

Der Zylinder 16 wird durch das Vorsehen eines kurzen, ringförmigen Abstandsstücks 94, das benachbart zu dem Ende des dritten Zylinderabschnitts 28 angeordnet ist, das von dem Zylinderabschnitt 26 entfernt ist, zusammen mit der am äußersten Ende angeordneten Düse 20 abgeschlossen. Die letztere ist in der dargestellten Ausführung eine einfache Metallplatte mit einer Reihe von Löchern 96 dadurch.

Die Schneckenanordnung 22 weist vier drehbare, auf der Welle 36 angebrachte Elemente auf, die Ende an Ende miteinander verbunden sind. Insbesondere weist die Anordnung 22 einen Einlassschneckenabschnitt 98, einen ersten Schneckenabschnitt 100, den Lagerrotor 102 und den dritten Schneckenabschnitt 104 auf.

Der zweite Schneckenabschnitt 100 weist eine längliche Zentralwelle 106 auf, die außen eine allgemein kegelstumpfförmige Oberfläche und eine sich nach außen erstreckende schraubenförmige Schneckenformation 108 hat. Es ist bemerkenswert, dass die Steigung der Schneckenformation 108 einem Steigungswinkel entspricht, der kleiner ist, als der Steigungswinkel der schraubenförmigen Schneckenformation 57, die durch die Oberfläche 56 der Buchse 54 definiert ist. Weiterhin ist ersichtlich, dass die Gesamtgestaltung des Schneckenabschnitts 100 mit dem abnehmenden Durchmesser der Bohrung 58 übereinstimmt, d. h. der äußere Umfang der Schneckenformation 108 nimmt fortschreitend von dem Einlassende des Schneckenabschnitts 100 zu dem Auslassende davon, das dem Rotor 102 benachbart ist, ab.

Der Rotor 102 ist auf der Welle 36 angebracht und weist einen äußersten, im Querschnitt etwa L-förmigen, ringförmigen Lagerring 110 auf, der dicht zu dem Lagerring-Abschnitt 66 des Stators 60 benachbart ist. Der Rotor 102 und der Stator 60 unterstützen somit die Stabilisierung der Schneckenanordnung während ihrer Drehung mit hoher Drehzahl.

Der dritte Schneckenabschnitt 104 ist dem Schneckenabschnitt 100 sehr ähnlich. Das bedeutet, der Abschnitt 104 weist eine längliche, zentrale Welle 112 auf, die eine am äußersten Ende angeordnete, kegelstumpfförmige Oberfläche und eine schraubenförmige Schneckenformation 114 bildet. Die letztere ist unter einem Steigungswinkel ausgerichtet, der kleiner ist, als der Steigungswinkel der Rippen 89.

Erneut auf 1 Bezug nehmend, ist zu bemerken, dass die durch die Buchsen 54 und 88 definierte Gesamtextruderbohrung allgemein eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung hat, die von dem Einlass 18 bis zu der Düse 20 führt, d. h. die Zylinderbohrung weist über ihre Länge allgemein eine sich verringernde Querschnittsfläche auf. Ferner ist ersichtlich, dass die effektive Länge des Extruders von dem entfernten Ende des Einlasses 18 bis zu dem Ende des Zylinders 16 (in 1 als Abmessung „L" dargestellt) gegenüber dem maximalen Durchmesser der Zylinderbohrung (Abmessung „D" in 1) verhältnismäßig gering ist und vorzugsweise bis zu etwa 6 beträgt. Das bevorzugtere L/D-Verhältnis beträgt 3–6. Wie hierin verwendet, bezeichnet „L/D-Verhältnis" das Verhältnis, gemessen gemäß der Länge und der Breite des in 1 dargestellten Beispiels.

Es ist auch so zu verstehen, dass der Stator 60 und der Rotor 102 zusammen eine den Durchsatz drosselnde Vorrichtung an der Zwischenlänge des Zylinders im Bereich der Verbindung zwischen den Zylinderabschnitten 26 und 28 bildet. Die gesamte den Durchsatz drosselnde Vorrichtung besteht somit aus einer stromaufwärts liegenden Stirnfläche 116 und aus einer gegenüberliegenden, stromabwärts liegenden Stirnfläche 118. Die Schneckenanordnung 22 und die den Durchsatz drosselnde Vorrichtung 60, 102 sind zusammenwirkend so ausgestaltet, dass die Materialfördermenge pro Umdrehung der Anordnung 22 benachbart der Stirnfläche 116 kleiner ist, als die Materialfördermenge pro Umdrehung der Anordnung 22 benachbart der stromabwärts liegenden Stirnfläche 118. Ferner sind die Anordnung 22 und die Vorrichtung 60, 102 so ausgestaltet, dass die Schlitze 70, die einen Teil der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung bilden, während des Betriebs des Extruders im Wesentlichen kontinuierlich voll mit Material sind. Genauer ausgedrückt, ist die Materialfördermenge pro Umdrehung der Schneckenanordnung 22 benachbart der stromabwärts liegenden Stirnfläche 118 bis zu 40% größer, als die Materialfördermenge benachbart der stromaufwärts liegenden Stirnfläche 118. Insbesondere übersteigt die Fördermenge benachbart der Stirnfläche 118 die Fördermenge benachbart der Stirnfläche 116 um einen Faktor von etwa 15–40%. Weiterhin sind die Vertiefungen zwischen benachbarten Rippen 89 in der Buchse 88 größer, als die entsprechenden Vertiefungen in der Buchse 54. Daraus ergibt sich, dass das freie Volumen innerhalb der Zylinderbohrung stromabwärts von und benachbart der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung 60, 102 größer ist, als das freie Volumen benachbart und stromaufwärts der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung. Quantitativ ausgedrückt ist das freie Volumen innerhalb des Kopfes 28 im Bereich der Stirnfläche 118 bis etwa 30% größer, als das freie Volumen innerhalb des Kopfes 26 im Bereich der Stirnfläche 116, bevorzugter von 15–30% größer.

Bei den typischen Arbeitsgängen von Extrudern gemäß der Erfindung zur Herstellung von aufquellbaren Produkten, wird ein zu verarbeitendes essbares Material zuerst zusammengestellt und dann vorbehandelt und durchläuft nachfolgend den kurzen Extruder. Normalerweise sind die Ausgangsbestandteile für das zu verarbeitende Material jeweilige Mengen von Protein und Stärke zusammen mit Aminosäure und/oder Vitaminnährstoff(en). Der Gesamt-Aminosäuregehalt würde eigene Aminosäuren sowie freie Aminosäurezusätze als Aminosäure an sich oder als Polypeptide, die Aminosäurerückstände enthalten, einschließen und er würde bis zu etwa 5 Gewichtsprozente, und bevorzugter bis zu etwa 2 Gewichtsprozente betragen. Der Gesamtvitamingehalt würde sich gleichermaßen aus dem Eigenvitamingehalt in den Ausgangsbestandteilen und aus Vitaminzusätzen ableiten. Der Gesamtvitamingehalt würde bis zu etwa 2 Gewichtsprozenten betragen. Der Proteingehalt würde normalerweise etwa 15–20 Gewichtsprozente betragen, bevorzugter 18–32 Gewichtsprozente. Die Stärkegehalte würden etwa 8–50 Gewichtsprozente betragen und bevorzugter etwa 10–30 Gewichtsprozente. Wie von Fachleuten leicht zu verstehen ist, werden die Protein- und Stärkegehalte normalerweise durch Einbeziehen der gewünschten protein- und stärkehaltigen Bestandteile von Tier- oder Pflanzenderivaten erreicht. Allgemein würden stärkehaltige Materialien Kornarten wie Mais, Weizen, Milo, Reis, Gerste und Rüben und Mischungen davon sein. Proteinhaltige Bestandteile könnten Soja, Fleischmehl und Fischmehl sein.

In der bevorzugten Vorbehandlungseinrichtung wird das Material befeuchtet und mindestens teilweise gekocht. Die Vorbehandlung wird normalerweise so durchgeführt, dass das Produkt, das die Vorbehandlungseinrichtung verlässt, einen Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von etwa 15–40 Gewichtsprozenten und vorzugsweise von etwa 22–28 Gewichtsprozenten aufweist. Die Verweilzeit in der Vorbehandlungseinrichtung beträgt üblicherweise 15–150 Sekunden und bevorzugter 90–150 Sekunden und die maximale Temperatur in der Vorbehandlungseinrichtung beträgt etwa 12,8–100°C (55–212°F) und bevorzugter 82,2–93,3°C (180–200°F).

Während des Durchlaufs durch den Extruder wird das Material wachsenden Temperatur- und Scherbeanspruchungspegeln ausgesetzt und es ist normalerweise vollständig gekocht, wenn es aus der Extrusionsdüse austritt. Die normalen Verweilzeiten des Materials in dem Extruder betragen etwa 2–15 Sekunden, vorzugsweise etwa 2–9 Sekunden und am bevorzugtesten etwa 2–6 Sekunden. Die maximalen Druckpegel, die in dem Extruderzylinder erreicht werden sind normalerweise etwa 1,034–6,895 Mpa (150–1000 psi) und bevorzugter 2,068–3,447 Mpa (300–500 psi). Der maximale Temperaturpegel, der in dem Extruderzylinder erreicht wird, beträgt etwa 104,4–148,9°C (220–300°F) und bevorzugter 110–121,1°C (230–250°F).

Während der Extrusionsbearbeitung sind die Öffnungen der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung 60, 102 vollständig gefüllt, so dass in der Zone der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung ein Stau in dem Zylinder und ein Druckunterschied über die Vorrichtung 60, 102 erzeugt wird (d. h. der Druck ist an der Stirnfläche 116 im Vergleich zu dem Druck an der Stirnfläche 118 höher). Ferner ist auf Grund der Tatsache, dass die Fördermenge der Schneckenanordnung 22 pro Umdrehung benachbart der stromabwärts liegenden Stirnfläche 118 größer ist, als an der benachbart zu der stromaufwärts liegenden Stirnfläche 116, das freie Volumen stromabwärts der den Durchsatz drosselnden Vorrichtung nicht vollkommen mit Material verstopft ist. In einer Zone, die der Düse 20 unmittelbar benachbart ist, wird ein anderer Materialstau gebildet, um eine gleichmäßige Extrusion des Produkts durch die Öffnungen zu sichern.

4 ist eine Querschnittsansicht eines kurzen Extruders 120, der in vieler Hinsicht dem Extruder 14 von 1 gleicht, der jedoch insbesondere dazu ausgestaltetet ist, kompakte und in hohem Maße gekochte Nahrungsmittelprodukte herzustellen. Der Extruder 120 ist für die Verwendung mit dem gleichen Typ der Vorbehandlungseinrichtung 12, der vorher beschrieben wurde, ausgelegt.

Der Extruder 120 weist einen länglichen, röhrenförmigen Zylinder 122 mit einem Einlass 124 und einem Auslass 126 auf, wobei der letztere ausgestaltet ist, um eine durchlöcherte Düse von herkömmlicher Ausgestaltung (nicht dargestellt) aufzunehmen.

Eine längliche, axial drehbare Schneckenanordnung 128 ist in dem Zylinder 122 entlang seiner Länge angeordnet.

Der Zylinder 122 besteht aus drei in axialer Richtung ausgerichteten und miteinander verbundenen röhrenförmigen Kopfabschnitten, nämlich dem Einlasskopf 130 und dem zweiten und dritten Abschnitt 132, 134. Der Einlasskopf 130 ist ausgestaltet, um den sich nach oben öffnenden Extrudereinlass 124 darzustellen und ist unter dem Auslass einer Vorbehandlungseinrichtung, beispielsweise der Vorbehandlungseinrichtung 12 (siehe 1), positioniert. Weiterhin weist der Einlasskopf 130 eine durchlöcherte Endwand 136 auf, die mit Dichtungen zum Eingreifen mit dem Dichtungsblock 140 versehen ist. Die Schneckenanordnung 128 ist auf einer sechskantigen Antriebswelle montiert und wird über ein herkömmliches Lagergehäuse und einen Elektromotor in der Art und Weise des Extruders 14 gedreht.

Der zweite Kopf 132 weist einen äußeren metallischen Abschnitt 142 auf, der mit einem äußeren Mantel 144 versehen ist. Der letztere weist einen Einlass 146 und einen Auslass 148 auf, um so das Einleiten von Heiz- oder Kühlmedien (z. B. Kaltwasser oder Dampf) in den Mantel zu gestatten und somit eine indirekte Temperatursteuerung für den Kopf 132 zu erlauben. Weiterhin ist der Abschnitt 142 mit einem Paar durchgehender Öffnungen 150, 152 versehen. Wie dargestellt ist ein Einspritznippel 154 innerhalb der Öffnung 150 angeordnet, während ein zweiter Nippel 156 in der Öffnung 152 positioniert ist.

Der Gesamtkopf 132 weist ferner eine entfernbare, stationäre metallische Buchse 158 auf, die an der inneren Stirnseite des Abschnitts 142 befestigt ist. Die Buchse 158 weist eine innere Oberfläche 160 mit schraubenförmigen Rippenprofilen 162 auf, die eine sich in axialer Richtung erstreckende Bohrung 164 bildet. Wie dargestellt steigt die Dicke der Buchse 158 entlang ihrer Länge derart an, dass der Durchmesser der Bohrung 164 zwischen dem Einlasskopf 130 und dem dritten Kopf 134 abnimmt. Die Buchse 158 weist ebenfalls durchgehende Queröffnungen 166 und 168 auf, die sich mit den vorher beschriebenen Zylinderabschnittsöffnungen 150, 152 in Ausrichtung befinden.

Der dritte Kopf 134 ähnelt in vielen Aspekten dem Kopf 132 und weist einen äußeren röhrenförmigen Abschnitt 170 und einen äußeren Mantel 172 auf, wobei der letztere mit einem Einlass 174 und einem Auslass 176 für das Einleiten von indirekten Kühl- oder Heizmedien versehen ist. Ferner weist der Abschnitt 170 Queröffnungen 178, 180, 182 dadurch auf, die den Nippel 184 bzw. die Druckmesseinrichtungen 186, 188 aufnehmen.

Eine stationäre, entfernbare metallische Buchse 190 ist innerhalb des Abschnitts 170 angeordnet und weist Queröffnungen 192, 194, 196 dadurch auf, die mit den Öffnungen 178 bis 182 ausgerichtet sind. Die innere Oberfläche 198 der Buchse 190 weist schraubenförmige Rippen 200 auf und definiert eine sich in axialer Richtung erstreckende zentrale Bohrung 202. Die Bohrung 202 verringert sich in ihrem effektiven Durchmesser zwischen dem Ende des Zylinderabschnitts 134, das dem Abschnitt 132 benachbart ist, und dem Ende des Abschnitts 134, das der Extrusionsdüse am äußersten Ende (nicht dargestellt) benachbart ist.

Der Zylinder 122 wird durch das Vorsehen einer Düse über seine offene Stirnfläche abgeschlossen. In vielen Fällen kann ein kurzes, ringförmiges Abstandsstück (nicht dargestellt) benachbart zu dem Ende des dritten Zylinderabschnitts 134 angeordnet sein, das von dem zweiten Zylinderabschnitt 132 entfernt ist, zusammen mit der am äußersten Ende angeordneten Düse 20.

Die Schneckenanordnung 128 weist vier drehbare, auf der sechskantigen Antriebswelle angebrachte Elemente auf, die Ende an Ende miteinander verbunden sind. Insbesondere weist die Anordnung 128 einen ersten Einlassschneckenabschnitt 204, einen zweiten Schneckenabschnitt 206, den Schneckenübergangsabschnitt 208 und den dritten Schneckenabschnitt 210 auf.

Der zweite Schneckenabschnitt 206 weist eine längliche Zentralwelle 212 auf, die außen eine allgemein kegelstumpfförmige Oberfläche und eine sich nach außen erstreckende schraubenförmige Schneckenformation 214 hat. Es ist bemerkenswert dass die Steigung der Schneckenformation 214 einem Steigungswinkel entspricht, der kleiner ist, als der Steigungswinkel der schraubenförmigen Schneckenformation 162, die durch die Oberfläche 160 der Buchse 158 definiert ist. Weiterhin ist ersichtlich, dass die Gesamtgestaltung des Schneckenabschnitts 212 mit dem abnehmenden Durchmesser der Bohrung 164 übereinstimmt, d. h. der äußere Umfang der Schneckenformation 214 nimmt fortschreitend von dem Einlassende des Schneckenabschnitts 206 zu dem Auslassende davon, das dem Übergangsabschnitt 208 benachbart ist, ab.

Der Übergangsabschnitt 208 weist die Form eines kurzen zylindrischen Körpers mit einer schraubenförmigen Schneckenformation 216 auf, die sich mit der schraubenförmigen Schneckenformation 214 in Ausrichtung befindet, wie es dargestellt ist.

Der dritte Schneckenabschnitt 210 ist dem Schneckenabschnitt 206 sehr ähnlich. Das bedeutet, der Abschnitt 210 weist eine längliche, zentrale Welle 218 auf, die eine am äußersten Ende angeordnete, kegelstumpfförmige Oberfläche und eine schraubenförmige Schneckenformation 220 bildet. Die letztere ist unter einem Steigungswinkel ausgerichtet, der kleiner ist, als der Steigungswinkel der Rippen 200. Ferner ist die Schneckenformation 220 mit der Schneckenformation des Übergangsabschnitts 208 ausgerichtet.

Es ist zu beobachten, dass die durch die Buchsen 158 und 190 definierte Gesamtextruderbohrung allgemein eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung hat, die von dem Einlass 124 bis zu der Düse am äußersten Ende führt, d. h. die Zylinderbohrung weist über ihre Länge allgemein eine sich verringernde Querschnittsfläche auf. Der Extruder 120 weist ebenfalls im Wesentlichen das gleiche L/D-Verhältnis wie der vorher beschriebene Extruder 14 auf. 5 zeigt eine andere äußere Ausgestaltung des Extruders 120. Das heißt, der Extruder 120a von 5 weist die gleiche innere Ausgestaltung wie der Extruder 120 auf. Der zweite und der dritte Kopf 132a und 134a des Extruderzylinders 122a sind jedoch mit äußeren Mänteln versehen. Statt dessen wird die Kopfkühlung durch eine Reihe sich radial nach außen erstreckender, beabstandeter Kühlrippen 222 und 224 erzielt, die auf den Köpfen 132a bzw. 134a vorgesehen sind. Die Ausführung von 5 zeigt weiterhin ein kreisförmiges Dampfsammelrohr 226, das um das äußere Ende des Kopfes 134a herum angeordnet ist und das insgesamt vier beabstandete, mit getrennten Ventilen versehene, Dampfeinspritzrohranordnungen 228 aufweist, die mit dem Sammelrohr 226 verbunden sind. Jede der Anordnungen 228 erstreckt sich durch die Wand des Zylinderabschnitts 134a, um so das direkte Einspritzen von Dampf in die Hüllen des Extruders 120a zu gestatten. Das Sammelrohr 226 ist mit einem perforierten Schutz 230 abgedeckt, wie es dargestellt ist.

Die Produktion von in hohem Maße gekochten, kompakten Nahrungsmittelprodukten unter Verwendung der Vorrichtung der 4 bis 5 erfolgt allgemein so, wie es unter Bezugnahme auf die Produktion von aufquellbaren Nahrungsmittelprodukten beschrieben ist, d. h. die Ausgangszusammensetzung wird vorbehandelt und darauf in den Extruder 120 oder 120a ein- und durch ihn hindurch geführt. Um die gewünschten Nahrungsmittel herzustellen, sind jedoch einige Veränderungen des Prozesses erforderlich, von denen die bemerkenswerteste der Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials und des Endprodukts ist.

So würde zum Beispiel eine Ausgangszusammensetzung normalerweise einen relativ hohen Korngehalt von mindestens 60 Gewichtsprozenten und bevorzugter von mindestens 80 Gewichtsprozenten aufweisen. Der Kornanteil könnte aus jeder der vorher erwähnten Kornsorten bestehen. Der Gesamtproteingehalt für die Ausgangszusammensetzungen würde normalerweise 12–50 Gewichtsprozente betragen, bevorzugter von 18–32 Gewichtsprozenten, wogegen die Stärkegehalte von 8–50% Gewichtsprozenten und bevorzugter von 10–30 Gewichtsprozenten betragen würden. Protein und/oder Stärke könnten durch geeignete protein- und stärkehaltige Materialien oder durch direktes Hinzufügen der gewünschten Proteine und Stärken bereitgestellt werden.

Während der Vorbehandlung wird das Material bis zu einem Maximum von etwa 30 Gewichtsprozenten, gebräuchlicher bis zu etwa 22 Gewichtsprozenten, befeuchtet. Die Temperaturen in der Vorbehandlungseinrichtung würden etwa 57,2–93,3°C (135–200°F) und bevorzugter etwa 65,6–87,8°C (150–190°F) betragen. Die Verweilzeit in der Vorbehandlungseinrichtung würde allgemein die gleiche sein, wie die vorher für die Verarbeitung von aufquellbaren Nahrungsmittelprodukten angeführte.

Während des Durchführens durch den Extruder wird das vorbehandelte Material mindestens teilweise unter Einwirkung von Wärme und Scherbeanspruchung gekocht. Die Verweilzeiten des vorbehandelten Materials in dem Extruderzylinder sind die gleiche, wie vorher beschrieben, d. h. 2–15 Sekunden und vorzugsweise 2–9 Sekunden und am bevorzugtesten 2–6 Sekunden. Der maximale Druck in dem Extruderzylinder ist gleich stromaufwärts der abschließenden Extrusionsdüse anzutreffen und reicht von etwa 0,172–2,458 Mpa (25–400 psi), vorzugsweise von etwa 0,517– 1,724 Mpa (75–250 psi).

Das kompakte Produkt, das aus der Extrusionsdüse austritt, weist eine relativ geringe Feuchtigkeit bis zu etwa 20 Gewichtsprozenten auf, vorzugsweise bis zu etwa 18 Gewichtsprozenten und am bevorzugtesten bis zu etwa 14–18 Gewichtsprozenten. Das heiße Extruderprodukt kann dann an der Außenluft abkühlen/trocknen, um die endgültigen, im Gleichgewicht gehaltenen Feuchtigkeitspegel von etwa 10–15 Gewichtsprozenten, bevorzugter von rund 12% Gewichtsprozenten zu erreichen.

Ein kurzer Doppelschneckenextruder 232 ist in 11 dargestellt und weist ein Paar von miteinander verbundenen, rohrförmigen Kopfabschnitten 234, 236 auf, die zusammen einen länglichen Zylinder 237 bilden, der eine sich verjüngende, innere, der „Zahl 8" in der Form entsprechende Öffnung, ein Paar innerer, sich verjüngender, länglicher, axial drehbarer (entweder in gleicher Richtung oder gegenläufig) Schneckenanordnungen 238, 240 und eine vordere, durchlöcherte Düsenplatte 242 aufweist.

Der Kopf 234 ist eine einstückige Gusskonstruktion oder er kann geteilt sein, wobei der obere Teil davon ausgestaltet ist, eine Einlassöffnung 244 darzustellen, die in das Innere des Zylinders führt. Der Auslasskopf 236 weist einen inneren Durchgangskanal 246 für das Einleiten von Heiz- oder Kühlmedien auf. Wie dargestellt, ist ein Stator 248 zwischen den Kopfabschnitten 234, 236 angeordnet und stellt eine sich nach innen erstreckende, kreisumschreibende Rippe 250 dar.

Jede der Schnecken 238, 240 stellt eine geteilte Konstruktion dar und ist zwischen der vorletzten und abschließenden Schneckenanordnung mit drei, mit Öffnungen versehenen, Drosselelementen 252, 254, 256 ausgestattet. Das Zwischenelement 254 weist einen verringerten Durchmesser auf, um einen Freiraum für die Rippe 250 bereitzustellen, während die äußeren Elemente 252, 256 die Rippe 259 rittlings überdecken.

Der Extruder 232a von 12 ist in jeder Hinsicht mit dem Extruder 232 identisch, mit Ausnahme der Tatsache, dass die Drosselelemente 252 bis 256 und der Stator 248 fehlen. Daher werden gleiche Bezugszahlen für die Komponenten des Extruders 232a verwendet, wobei ein „a" als Suffix hinzugesetzt wird.

Die L/D-Verhältnisse der Extruder 232, 232a sind die gleichen wie die des vorher beschriebenen kurzen Extruders mit einer Schnecke, genau wie auch die allgemeinen und bevorzugten Größenordnungen der Betriebsparameter wie Schneckendrehzahl, Schneckenspitzengeschwindigkeit, Drücke, Temperaturen, Verweilzeit, Volumendichte des Produktes, Gelatinisierung, Feuchtigkeitspegel und PDI-Werte (Pellet-Haltbarkeitskennwerte). Die Doppelschneckenextruder der Erfindung arbeiten im Wesentlichen in der gleichen Art und Weise wie ihre Gegenstücke mit einer Schneckenanordnung.

Die folgenden Beispiele betreffen die bevorzugte Vorrichtung und die bevorzugten Verfahren gemäß der Erfindung. Es ist so zu verstehen, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und dass nichts in den Beispielen als eine Einschränkung des gesamten Schutzumfangs der Erfindung herangezogen werden sollte.

Wie hierin verwendet beziehen sich „pellet durability index" (Pellet-Haltbarkeitsindex) und „PDI" auf einen im Fachgebiet bekannten Haltbarkeitstest, der in „Feed Manufacturing Technology IV, American Feed Association, Inc., 1994, S. 121–122 (und darin enthaltene Quellenhinweise) beschrieben und durch Bezugnahme hierin einbezogen ist. Bei einem solchen Haltbarkeitstest, wird die Haltbarkeit der Pellets unmittelbar nach dem Abkühlen ermittelt, wenn die Pellets eine Temperatur bei ±5–6°C (10°F) Außentemperatur aufweisen. Die Haltbarkeit wird durch Trommeln einer Probe von 500 g vorgesiebten Pellets (um kleine Teile zu entfernen) 5 Minuten lang bei einer Drehzahl von 50 U/Min in einem staubdichten Gehäuse mit den Abmessungen 30,5 cm × 30,5 cm × 12,7 cm (12'' × 12'' × 5''), das mit einer inneren Platte mit den Abmessungen 5,1 cm × 23,0 cm (2'' × 9'') ausgestattet ist, welche symmetrisch zu einer Diagonalen einer Abmessung des Gehäuses von 30,5 cm × 30,5 cm (12'' × 12'') entlang einer 23,0 cm (9'') langen Seite befestigt ist, bestimmt. Das Gehäuse wird um eine Achse senkrecht zu und zentriert an den 30,5 cm (12'')-Seiten davon gedreht. Nach dem Trommeln werden die kleinen Teilchen durch Sieben entfernt und die Pelletprobe wird erneut gewogen. Die Pellet-Haltbarkeit wird bestimmt als:

Im vorliegenden Beispiel wurde ein kurzer Extruder in Kombination mit einer Vorbehandlungseinrichtung bei der Herstellung eines aufquellbaren Tiernahrungsmittels hoher Qualität in kommerziellen Produktionsmengen verwendet.

Der Extruder war der in 1 dargestellte Typ, bestehend aus drei Köpfen. Insbesondere war die in den Läufen #1, #2 und #4 verwendete Extruderkonfiguration aus den folgenden Komponenten zusammengestellt (wobei alle Teile mit den Bauteilnummern von Wenger Mfg. Co gekennzeichnet sind): Extruderzylinder – 65695-001 (Einlasskopf), 65676-001 (Kopf Nr. 2) und 65689-001 (Kopf Nr. 3). Der Kopf Nr. 2 war mit der Innenauskleidung 65691-001 und einem Stator 76598-001 zwischen dem zweiten und dritten Kopf versehen. Schneckenanordnung – 76597-001 (Welle), 65670-001 (Einlassschnecke), 65671-001 (zweiter Schneckenabschnitt), 65906-003 (stationäre Scherverriegelung zwischen dem zweiten und dem dritten Schneckenabschnitt, bestehend aus 65907-001 (Rotor) und 65909-001 (Stator), und 65675-001 (dritter Schneckenabschnitt). Abschlussdüse – 65534-009 (1''-Abstandsstück), 65421-001 (Düsenplatte), und 31350-779 (Düseneinsatz, der 3/8'' Düsenöffnungen ergibt). Eine Drehmesseranordnung war benachbart zu dem Auslass der Düse positioniert, um das Extrudat auf eine geeignete Größe zu schneiden. Die Messeranordnung bestand aus: 19462-023 (Messerhalterung) und zehn Messerblättern (19512-003). Der bei den Läufen #3 und #5 verwendete Extruder war mit dem vorher beschriebenen Extruder identisch, mit der Ausnahme, dass die verwendete Welle die Wenger-Bauteil-Nr. 76597-001 und der abschließende Schneckenabschnitt (Wenger-Bauteil-Nr. 65675-005) eine Schneidgang-Ausführung aufwies.

Die in beiden Anordnungen verwendete Vorbehandlungseinrichtung war eine Wenger DDC-Vorbehandlungseinrichtung in der Standardausführung 60-60.

Bei allen fünf Testläufen war die Ausgangs-Tiernahrungsmittel-Rezeptur aus 24 Gewichtsprozenten Geflügelmehl, 54 Gewichtsprozenten Kornmehl, 8 Gewichtsprozenten Weizen, 8 Gewichtsprozenten Kornglutenmehl und 6 Gewichtsprozenten Sojabohnenmehl zusammengesetzt. In jedem Fall wurde das Ausgangsmaterial der Vorbehandlungseinrichtung zugeführt und durch sie hindurchgeführt, um es zu befeuchten und teilweise zu kochen. Danach folgte ein Durchlauf durch die drei Kopfextruder. Wasser und manchmal Dampf wurde an den Einspritzöffnungen des zweiten und des dritten Kopfes in den Extruderzylinder eingespritzt. Nach der Extrusion wurde das Produkt in herkömmlicher Weise auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 9–11 Gewichtsprozenten getrocknet.

Die folgende Tabelle enthält die Betriebsbedingungen für die Vorbehandlungseinrichtung und die Extrudervorrichtungen bei den fünf Läufen.

Alle Läufe ergaben kommerziell akzeptable, vollständig gekochte und geformte Produkte. Die Volumendichte des Produktes aus dem Lauf #1 wurde mit etwa 304,4 kg/m³ ermittelt.

Bei diesem Beispiel wurde eine kurze Vorbehandlungseinrichtung/Extruder des in 4 dargestellten Typs verwendet, um ein kompaktes, hartes Fertig-Schweinefutter in hoher Qualität herzustellen. Das sich ergebende Produkt war den in herkömmlicher Weise unter Verwendung eines Expanders und eines Pelletmahlwerks hergestellten Produkten äquivalent, wenn nicht sogar überlegen.

Im Einzelnen setzte sich die bei den Läufen 6 und 7 verwendete Drei-Kopf-Extruderausführung aus den folgenden Komponenten zusammen (wobei alle Teile mit den Bauteilnummern von Wenger Mfg. Co gekennzeichnet sind): Extruderzylinder – 65695-001 (Einlasskopf), 65676-001 (Kopf Nr. 2) und 65689-001 (Kopf Nr. 3). Kopf Nr. 2 war mit einer Innenbuchse 65691-001 versehen, während Kopf Nr. 3 ebenfalls eine Innenbuchse 76598-001 aufwies. Schneckenanordnung – 76597-002 (Welle), 65670-001 (Einlassschnecke), 65671-001 (erster Schneckenabschnitt), 65906-001 (zweiter Schneckenabschnitt) und 65676-001 (dritter Schneckenabschnitt). Abschlussdüse – 66532-103 BH, 65534-009 AD, 74010-953 NA, 74010-954 NA mit 13 Einsätzen. Eine Drehmesseranordnung war benachbart zu dem Auslass der Düse angeordnet, um das Extrudat auf eine geeignete Größe zu schneiden. Die Messeranordnung setzte sich folgendermaßen zusammen: 19462-001 (Messerblatthalterung) und sechs Messerblätter (19430-007).

Bei den Läufen 8 und 9 war die Extruderausführung aus den folgenden Komponenten zusammengesetzt: Extruderzylinder – 65695-001 (Einlasskopf), 65676-001 (Kopf Nr. 2) und 65689-001 (Kopf Nr. 3). Kopf Nr. 2 war mit einer Innenbuchse 65691-001 versehen, während Kopf Nr. 3 ebenfalls eine Innenbuchse 76598-001 aufwies. Schneckenanordnung – 76597-001 (Welle), 65670-001 (Einlassschnecke), 65671-001 (erster Schneckenabschnitt), 65658-015 (zweiter Schneckenabschnitt) und 65675-001 (dritter Schneckenabschnitt). Abschlussdüse – 65534-009 AD und 65421-001 BH. Eine Drehmesseranordnung war benachbart zu dem Auslass der Düse angeordnet, um das Extrudat auf eine geeignete Größe zu schneiden. Die Messeranordnung setzte sich folgendermaßen zusammen: 19607-017 Messerblatthalterung) und fünf Messerblätter.

Die in beiden Anordnungen verwendete Vorbehandlungseinrichtung war eine Wenger-Vorbehandlungseinrichtung Modell 16 DDC in der Ausführung 377. Die linke und rechte Welle war jeweils mit sechzig Schlagelementen versehen.

Bei den Läufen 6 bis 9 war die Ausgangs-Tiernahrungsmittel-Rezeptur aus 76,96 Gewichtsprozenten Milo, 15,95 Gewichtsprozenten Sojabohnenmehl, 4,69 Gewichtsprozenten Talg, 0,94 Gewichtsprozenten Salz, 0,94 Gewichtsprozenten Kalziumkarbonat, 0,41 Gewichtsprozenten Vitamin-Vorgemisch und 0,11 Gewichtsprozenten Lysin zusammengesetzt. In jedem Fall wurde das Ausgangsmaterial der Vorbehandlungseinrichtung zugeführt und durch sie hindurchgeführt, um es zu befeuchten und teilweise zu kochen. Danach folgte ein Durchlauf durch die drei Kopfextruder. Bei den Läufen 7 bis 9 wurde Wasser in den Extruderzylinder eingespritzt. Die Läufe 6 und 7 waren etwas instabil. Die Läufe 8 und 9 waren jedoch stabil und ergaben ein Schweinefutter mit hoher Dichte. Nach der Extrusion wurde das Produkt unter Verwendung eines Mehrfach-Durchlaufkühlers abgekühlt, um Enddichten von 560,7 kg/m³ (35 lb/ft³) (Lauf 6), 574,7 kg/m³ (36 lb/ft³) (Lauf 7), 727,3 kg/m³ (45,4 lb/f t³) (Lauf 8) und 720,0 kg/m³ (45 lb/ft³) (Lauf 9) zu erreichen.

Die nachfolgende Tabelle enthält die Betriebsbedingungen für die Vorbehandlungs- und Extrudervorrichtungen in den vier Läufen.

Die in den Läufen 8 und 9 erzielten höheren Dichten sind hauptsächlich der in den Läufen 6 und 7 verwendeten unterschiedlichen Düsenanordnung zuzuschreiben.

Obwohl die spezifisch hierin beschriebene Extrudervorrichtung ein Typ mit einer Schnecke ist, ist es so zu verstehen, dass kurze Doppelschnecken-Extruder, wie die in den 11 und 12 dargestellten, ebenfalls gemäß der Erfindung hergestellt werden können.

In diesem Beispiel wird Schweinefutter gemäß der Erfindung hergestellt, das Lysin und ein Vitamin A enthaltendes Vitaminvorgemisch enthält, um den Grad des Abbaus von Lysin und Vitamin A während der Verarbeitung zu bestimmen.

Der in diesen Läufen verwendete Extruder mit drei Köpfen war von dem Typ, der in 4 dargestellt ist und setzte sich aus den folgenden Komponenten zusammen (wobei alle Teile mit den Bauteilnummern von Wenger Mfg. Co gekennzeichnet sind): Extruderzylinder – 65695-001 (Einlasskopf), 65676-001 (Kopf Nr. 2) und 65689-001 (Kopf Nr. 3). Kopf Nr. 2 war mit einer Innenbuchse 65691-001 versehen, während Kopf Nr. 3 ebenfalls eine Innenbuchse 76598-001 aufwies. Schneckenanordnung – 76597-001 (Welle), 65670-001 (Einlassschnecke), 65671-001 (erster Schneckenabschnitt), 65658-015 (zweiter Schneckenabschnitt) und 65675-001 (dritter Schneckenabschnitt). Abschlussdüse – 65534-009 AD und 65421-001 BH, 74010-955 NA mit zehn Einsätzen. Eine Drehmesseranordnung war benachbart zu dem Auslass der Düse angeordnet: 19607-017 (Messerblatthalterung) und fünf Messerblätter. Die bei diesen Läufen verwendete Vorbehandlungseinrichtung war eine Wenger-Vorbehandlungseinrichtung Modell 16 DDC in der Ausführung 377. Die linke und rechte Welle war jeweils mit 60 Schlagelementen versehen.

Bei den Läufen 10 bis 11 war die Ausgangs-Tiernahrungsmittel-Rezeptur aus 76,96 Gewichtsprozenten Milo, 15,95 Gewichtsprozenten Sojabohnenmehl, 4,69 Gewichtsprozenten Talg, 0,94 Gewichtsprozenten Salz, 0,94 Gewichtsprozenten Kalziumkarbonat, 0,41 Gewichtsprozenten Vitamin-Vorgemisch und 0,11 Gewichtsprozenten Lysin zusammengesetzt. Die folgende Tabelle enthält die Betriebsbedingungen für die Vorbehandlungseinrichtung und die Extrudervorrichtungen bei den zwei Läufen.

Das Kühlen der jeweiligen Extrudate erfolgte in einem Trockner/Kühler mit zwei Durchläufen. Für den Lauf 10 betrug die Temperatur in der Zone 1 42°C und in der Zone 2 39°C. Die Rückhaltezeit betrug 2,7 Minuten für den Durchlauf 1 und 5 Minuten für den Durchlauf 2. Die Gebläsedrehzahlen 1–4 waren 1597, 1638, 1078 bzw. 1038 U/min. Im Lauf 11 betrugen die Temperaturen in der Zone 1 und in der Zone 2 41°C bzw. 39°C, während die Rückhaltezeiten 2,7 Minuten und 5 Minuten betrugen. Die Gebläsedrehzahlen 1–4 waren 1579, 1635, 1078 bzw. 1038 U/Min.

Die Schweinefutterextrudate wurden analysiert und für den Lauf 10 ergab sich: Stückdichte 1,2245 g/ml, PDI (Pellet-Beständigkeitsindex) 99,4, Fettaufnahme 8 Gewichtsprozente und Stückdichte nach dem Abkühlen 1,2482 g/ml. Für den Lauf 11 ergab sich: Stückdichte 1,203 g/ml, PDI 99,0, Fettaufnahme 11 Gewichtsprozente.

Weiterhin wurden die Schweinefutterextrudate aus den Läufen 10 und 11 auf enthaltenes Lysin, Vitamin A und Schimmelpilze. Diese Ergebnisse sind nachfolgend angeführt.

Die Daten zeigen, dass die Produkte aus den Läufen 10 und 11 keinen Verlust von Lysin- oder Vitamin A erfuhren und dass die Schimmelpilze vollständig vernichtet wurden. Das weist darauf hin, dass nach der Extrusion keine weiteren Aflotoxine oder andere Toxine gebildet werden. Salmonellentests für das Futter erbrachten ebenfalls ein negatives Ergebnis. Diese Ergebnisse stehen im Gegensatz zu den normalerweise vorhandenen Verlusten von Lysin und Vitamin A in den herkömmlichen Extrusionsprozessen. So weisen z. B. Schweinefutter, die unter Verwendung herkömmlicher Ausrüstung hergestellt werden, üblicherweise Lysinverluste von 14–15 Gewichtsprozenten und Verluste von Vitamin A in der Größenordnung von 40 Gewichtsprozenten auf.

Es wird angenommen, dass die extrem kurzen Verweilzeiten in dem Extruder, die mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden, den im Wesentlichen vollständigen Erhalt des Lysin- und Vitamingehalts in den fertiggestellten Extrudaten ergeben; die annähernde Verweilzeit im Extruderzylinder für die Läufe 10 und 11 wurde durch Farbspureneinspritzung gemessen und mit etwa 3–4 Sekunden ermittelt. In der gleichen Zeit waren solche Extrudate ausreichend gekocht und auch sehr schmackhafte Produkte.

In dieser Testserie wurden kompakte, relativ harte Schweinefutterprodukte unter Verwendung eines Extruders, wie er in 5 dargestellt ist, hergestellt. Es wurden zwei getrennte Rezepturen verwendet: In den Läufen #12 bis 13, 80 Gewichtsprozente Milo, 18 Gewichtsprozente Sojabohnenmehl, 1 Gewichtsprozent Kalziumkarbonat und 1 Gewichtsprozent Salz, wobei die Trockenbestandteile einen Feuchtigkeitsgehalt von 10,9 Gewichtsprozenten auf Basis des feuchten Zustands hatten. In den Läufen #14 bis 24 80 Gewichtsprozente Korn, 18% Sojabohnenmehl, 1 Gewichtsprozent Kalziumkarbonat und 1 Gewichtsprozent Salz, wobei die Trockenbestandteile einen Feuchtigkeitsgehalt hatten, der von 9,39 (Lauf #22) bis zu 11,63 Gewichtsprozenten auf Basis Nasszustand (Lauf #20) hatten. In allen Läufen wurden die Trockenbestandteile durch ein 1/16-Zoll-Sieb gemahlen und während der Vorbehandlung wurden 2 Gewichtsprozente Talg hinzugefügt.

Die bei allen Läufen verwendete Vorbehandlungseinrichtung war ein Wenger Model 16 DDC, Ausführung Nr. 377, bei dem die linke Welle mit 60 Schlagelementen (12 bei 75° vorwärts, 24 bei 90° neutral und 24 bei 75° rückwärts) und die rechte Welle mit 60 Schlagelementen (12 bei 75° vorwärts und 48 bei 75° rückwärts) versehen war.

Bei den Läufen #12 bis 17 und 20 bis 23 wies die Extruderausführung auf: Extruderzylinder 65695-001 (Einlasskopf 1), 65676-001 (Kopf 2) und 65689-001 (Kopf 3); Extruderbuchsen – 65691-001 (in Kopf 2) und 76598-001 (in Kopf 3); Extruderwelle – 76597-001; an der Welle angebrachte Drehelemente – 65670-001, 65671-001, 65658-013 und 65675-001. Für die Läufe #18 bis 19 wies die Extruderausführung auf: Extruderzylinder 65695-001 (Einlasskopf 1), 65676-001 (Kopf 2) und 65689-001 (Kopf 3); Extruderbuchsen – 65691-001 (in Kopf 2) und 65693-001 (in Kopf 3); Extruderwelle – 76597-001; an der Welle angebrachte Drehelemente – 65670-001, 65671-001, 65658-013 und 65675-001. Die bevorzugteste Extruderausführung wurde im Lauf #24 verwendet und war die gleiche, wie für die Läufe #12 bis 17 und 20 bis 23, mit der Ausnahme, dass der Kegel der Ausgangsschnecke einen Kegelwinkel von 15° mit einem zusätzlichen 1/4''-Abstandsstück vor dem Kegel der Ausgangsschnecke aufwies, um sie dichter an das Abgabeende des Extruders zu bewegen. Diese Konfiguration ist spezifisch in 4 dargestellt.

Die bei den Läufen #12 bis 21 verwendete Düsen- und Messeranordnung wies auf: Düsen und Anpassstücke – 53661-005 NA, 64421-001 BH und 74010-955 NA, mit 10 Einsätzen, sechs 6 mm-Löchern für jeden Einsatz, 15 mm Steglänge; Messerhalterung – 19462-023, fünf Messerblätter 19430-003 tragend. Die bei den Läufen #22 bis 24 verwendete Anordnung wies auf: Düsen und Anpassstücke – 53661-005 NA, 65421-001 BH und 74010-752 NA, drei 1/4''-Löcher für jeden Einsatz, 1/2'' Steglänge; Messerhalterung – 19462-023, zehn Messerblätter 19430-003 tragend.

Die folgende Tabelle enthält die Laufbedingungen für diese Serie von Experimenten.

Die Läufe #12 bis 17 wurden alle mit einer Extruderwellendrehzahl von weniger als 600 U/Min durchgeführt. Bei den Läufen #18 bis 20 war die Extruderwellendrehzahl wesentlich größer. Das bewirkte einen sehr großen Zuwachs des Drucks gleich stromaufwärts von der Düse und einen entsprechend großen Zuwachs in der Motorbelastung des Extruders. Bei dem Lauf #23 wurde eine Schneckenübergangs-Scherverriegelung zwischen den Köpfen 2 und 3 verwendet, die dazu diente, das Produkt davor zu bewahren, dass es sich in der Mitte des Kopfes 3 aufstaut und zu einer leichteren Betriebssteuerung führte. Der abschließende Lauf #24 verwendete eine Kegelschnecke mit einem Kegelwinkel von 15°, die Schneckenübergangs-Scherverriegelung von Lauf #23 und ein zusätzliches 1/4''-Abstandsstück, um das Ende der Schnecke dichter an die Abgabedüse heran zu bewegen.

Alle Produkte waren kompakte, relativ harte Schweinefutterprodukte mit einem hohen Kochgrad, die aber noch in der Lage waren, Wasser zu absorbieren, was sie als Schweinefutterprodukte ideal machte.

Die bevorzugten kompakten Tierfuttermittel, die gemäß der vorliegenden Erfindung produziert werden, weisen die Form von Extrusionskörpern mit geringer Feuchtigkeit auf (vorzugsweise bis zu etwa 20 Gewichtsprozenten Feuchtigkeit auf Basis Nasszustand direkt aus dem Extruder, bevorzugter bis zu etwa 18 Gewichtsprozenten und am bevorzugtesten von 14–18 Gewichtsprozenten), zeigen mindestens etwa 60% Gelatinisierung (bevorzugter etwa 65–85% Gelatinisierung) ihrer stärkehaltigen Komponenten, mit einem PDI von mindestens 90 und bevorzugter von mindestens 95. Die Produkte sind in hohem Grade gekocht und weisen im Wesentlichen keine Restbakterien auf. Die extrudierten Körper sind ebenfalls relativ hart und haben Volumendichten von mindestens 448,6 kg/m³ (28 Pfund pro Kubikfuß) und bevorzugter von mindestens 480, 6 kg/m³ (30 Pfund pro Kubikfuß). Trotz der Härte der extrudierten Körper, sind sie auch in der Lage, leicht Feuchtigkeit zu absorbieren. Genauer ausgedrückt sollten die Produkte nach Eintauchen in Wasser von 14,4°C (58°F) über einen Zeitraum von 4 Minuten einen maximalen Zerkleinerungswiderstand von weniger als 70% (und bevorzugter von weniger als 60%) des maximalen Zerkleinerungswiderstands des Produkts vor dem Eintauchen in Wasser aufweisen. Ferner sollten die Produkte der Erfindung nach Eintauchen in Wasser von 14,4°C (58°F) über einen Zeitraum von 8 Minuten einen maximalen Zerkleinerungswiderstand von weniger als 40% (und bevorzugter von weniger als 30%) des maximalen Zerkleinerungswiderstands des Produkts vor dem Eintauchen in Wasser aufweisen. Solche Zerkleinerungswiderstandstests werden vorzugsweise unter Verwendung eines Strukturanalysegeräts Modell TA.XT2, verkauft von der Texture Technologies Corp. of Scarsdale, NY durchgeführt.

In diesem Zusammenhang wird die Aufmerksamkeit auf die 6 bis 8 gerichtet. 6 ist ein Balkendiagramm mit einer logarithmischen Kurve in Bestanpassung, das die Zerkleinerungswiderstandstests unter Verwendung herkömmlich extrudierter Schweinefuttermittel darstellt. Es ist zu bemerken, dass vier Minuten nach dem Eintauchen in Wasser von 14,4°C (58°F) der Zerkleinerungswiderstand des herkömmlich extrudierten Produkts im Vergleich mit dem nicht eingetauchten Ausgangsprodukt etwa 83,5 betrug und acht Minuten nach dem Eintauchen betrug der Zerkleinerungswiderstand etwa 78,6% auf der gleichen Basis. 7 ist ein ähnliches Diagramm und eine logarithmische Kurve zeigt den Zerkleinerungswiderstand von Schweinefuttermitteln, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden. Das in der vorliegenden Figur getestete Produkt stammt aus dem Lauf #13 des Beispiels 4. Wie dargestellt zeigten vier Minuten nach dem Eintauchen die Produkte der Erfindung einen Zerkleinerungswiderstand von etwa 52% im Vergleich zu dem des nicht eingetauchten Ausgangsprodukts, wogegen acht Minuten nach dem Eintauchen der Zerkleinerungswiderstand nur etwa 24,7% betrug. 8 ist den 6 und 7 ähnlich, zeigt jedoch die Zerkleinerungswiderstandseigenschaften eines herkömmlichen Schweinefutters, das durch typische Pelletierungsprozesse hergestellt ist. Die Zerkleinerungswiderstandsdaten sind denen der vorliegenden Erfindung sehr ähnlich (52,7% Zerkleinerungswiderstand vier Minuten nach dem Eintauchen im Vergleich zu dem des Ausgangsprodukts und 16,6% Zerkleinerungswiderstand acht Minuten nach dem Eintauchen) und zeigt somit, dass die extrudierten Produkte der vorliegenden Erfindung den herkömmlich pelletierten Produkten hinsichtlich der Wasserabsorption und der Pelletdispersion gleichwertig sind.

Diese Reihe von Läufen hat auch gezeigt, dass das der Extrusion unterzogene Material einem sehr schnellen Druckanstieg unmittelbar stromaufwärts der abschließenden Extrusionsdüse ausgesetzt ist. Tatsächlich zeigt die Verwendung der Doppel-Druckmesseinrichtungen 186 und 188 (siehe 4), dass der Druck an dem entfernten Manometer 186 im Wesentlichen dem atmosphärischen Druck entspricht, während der Druck an dem benachbarten Manometer 188 von 780–1100 kPa (111–157 psi) reicht. Allgemein ausgedrückt sollte der Druck in dem Extruderzylinder an einem Punkt, der von der inneren Stirnfläche der Extrusionsdüse nach hinten in axialer Richtung entlang der Länge der Schneckenanordnung um einen Abstand vom 1,5fachen des größten Durchmessers D des Extruderzylinders beabstandet ist, im Wesentlichen dem atmosphärischen Druck entsprechen. Der Druck in dem Extruderzylinder unmittelbar benachbart zu der inneren Stirnfläche der Extrusionsdüse sollte mindestens 689 kPa (100 psi) und bevorzugter mindestens 2068 kPa (300 psi) betragen.

Es ist auch ermittelt worden, dass die „Spitzengeschwindigkeit" der Extruder-Schneckenanordnung ein wichtiger Parameter sein kann. Die Spitzengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des äußersten Endes der Extrusionsschnecke, das der Extrusionsdüse am nächsten liegt. Die Spitzengeschwindigkeit sollte etwa 122– 490 m/min (400–1600 ft/min), vorzugsweise 183–366 m/min (600– 1200 ft/min) und am bevorzugtesten etwa 213–274 m/min (700–900 ft/min) betragen.

Um die deutlichen Unterschiede zwischen den Pellets gemäß der Erfindung und herkömmlichen Produkten noch weitgehender darzustellen, wurden zum Vergleich Schweinefutterpellets, die in einem Pelletmahlwerk und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, durch Aufnahmen der Produkte unter einem Rasterelektronenmikroskop überprüft. In jedem Fall wurde das repräsentative Pellet in Längsrichtung mit einer Rasierklinge in Scheiben geschnitten und danach Standard-Rasterelektronenmikroskop-Prozeduren durchgeführt, um die Mikroskopaufnahmen zu erhalten. Die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des herkömmlichen Pellet-Mahlwerk-Produktes ist in 9 dargestellt, während die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme des verbesserten Produkts der Erfindung in 10 dargestellt ist.

Zuerst auf 9 Bezug nehmend sind die dargestellten runden Partikel im Wesentliche intakte (d. h. nicht wesentlich gelatinisierte) Stärkepartikel mit einem nur allgemeinen Flussbild, das mit dem Durchsatz des Pellets durch die Pelletmahlwerkdüse ausgerichtet ist. Im Gegegensatz dazu zeigt die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme von 10, dass Produkte gemäß der Erfindung nur einige wenige intakte Stärkepartikel, wenn überhaupt welche, mit stark ausgeprägter Flussbildausrichtung aufweisen. Die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme zeigt ferner eine markante laminare Struktur, von der angenommen wird, dass sie den Pellets eine bedeutende Festigkeit verleiht.

In der bevorzugten Praxis der vorliegenden Erfindung durchlaufen die Bestandteile die Vorbehandlungseinrichtung und die Protein- und Stärkeanteile werden von einem hochgradig viskosen, glasigen Zustand in oder annähernd in eine gummiartige, teigartige Masse überführt. Wenn jedoch das Ausgangsbestandteil in diesem Zustand in den kurzen Kochextruder der Erfindung eintritt, steigt seine Temperatur auf einen Punkt nahe oder sogar geringfügig über die Schmelztemperatur und die Viskosität der Protein- und Stärkebestandteile wird verringert. Wenn das Material aus der abschließenden Düse austritt, wird jedoch die gewünschte laminare Struktur erhalten und wenn die Temperatur schnell abnimmt, kehren die Protein- und Stärkebestandteile in einen glasigen Zustand zurück. An dieser Stelle bleibt die laminare Struktur in den Finalprodukten dauerhaft erhalten. Gleichzeitig werden jedoch, wenn kompakte Produkte erwünscht sind, die Zustände gesteuert, um jede Expansion des Produktes nach dem Austreten aus der Düse zu begrenzen. Allgemein ist ein bestimmter Grad von „Düsenaufquellung" zu beobachten. Die Gesamtexpansion des Produktes nach der Extrusion ist jedoch gering. Der Prozentsatz einer solchen Expansion wird als der Durchmesser (oder die größte Querschnittabmessung) des Produktes, dividiert durch den Durchmesser (oder die größte Querschnittabmessung) der Düsenöffnung, multipliziert mit 100 berechnet. Die Produkte der Erfindung weisen normalerweise nicht mehr als etwa 30% Expansion auf und bevorzugter bis zu etwa 20% Expansion auf.

Bei diesen Tests wurde Lachsfutter unter Verwendung von trockenen Bestandteilen, bestehend aus 82,0 Gewichtsprozenten Fischmehl und 18,0 Gewichtsprozenten Weizenmehl hergestellt. Bei allen Läufen wurde die gleiche Vorbehandlungseinrichtungs- und Extruderanordnung verwendet, jedoch unterschiedliche Düsen- und Messeranordnungen. Die Vorbehandlungseinrichtung war eine Wenger-Einheit Modell 7 DDC, wobei die linke Welle mit 60 Schlagelementen (18 bei 75° vorwärts, 24 bei 90° neutral und 18 bei 75° rückwärts) und die rechte Welle mit 60 Schlagelementen (5 bei 75° vorwärts, 55 bei 75° rückwärts) versehen war. Der Extruder hatte drei Köpfe (68781-001, 68782-001 und 68784-001), wobei die Schnecke aus einer Hauptwelle (68722-001), die vier Drehelemente trägt (68792-001, 68793-001, 68805-019 und 68796-001) bestand.

Die nachfolgende Tabelle zeigt die Bedingungen für die Läufe.

In Lauf #25 wurde den Bestandteilen in der Vorbehandlungseinrichtung Öl in einer Menge von 48 kg/Stunde zugeführt, was etwa 4 Gewichtsprozenten entspricht.

Die Lachfutterprodukte waren in hohem Maße vorteilhaft, weil sie eine sehr feine Zellenstruktur zeigten, die es ermöglichte, dass sie mehr Fett festhalten konnten, als herkömmlich vorbereitete Pellets. Die aquatischen Pellets der Erfindung sind somit in der Lage, mindestens etwa 28 Gewichtsprozente Öl und bevorzugter 32–40 Gewichtsprozente Öl zu absorbieren, was wünschenswert ist, weil der Fettgehalt in direkter Abhängigkeit zur Zunahme des Fischgewichts steht. Ein anderer wichtiger Vorteil der feinen Zellenstruktur ist der, dass die Pellets dazu neigen, Fett festzuhalten und das Durchsickern von Fett zu verhindern. Die Pellets waren weiterhin äußerst dauerhaft mit einem PDI von über 90. Das ist insofern ebenfalls sehr wichtig, als pelletierte Wassertiernahrungsmittel pneumatisch gefördert werden, um Fisch über große Bereiche zu füttern. Diese Handhabung tendiert dazu, herkömmliche Pellets aufzubrechen und die Feinbestandteile gehen verloren. Schließlich versinken die Produkte in Wasser, weil sie eine relative Dichte größer 1 haben und sie weisen nach der Extrusion sehr geringe Feuchtigkeitspegel auf, die von 10–18 Gewichtsprozenten, bezogen auf den Nasszustand und bevorzugter 11–16 Gewichtsprozenten, bezogen auf den Nasszustand betragen. Die herkömmlichen Feuchtigkeitspegel in Produkten dieses Typs betragen 18–24 Gewichtsprozente. Der geringe Feuchtigkeitspegel der vorliegenden Produkte verringert die Notwendigkeit für eine Trocknungsausrüstung nach der Extrusion und kann sie in einigen Fällen sogar eliminieren, wodurch die Verarbeitungs- und Kapitalkosten verringert werden.

Die folgende Tabelle fasst bestimmte wichtige Ausrüstungen sowie Prozess- und Produktparameter gemäß der vorliegenden Erfindung zusammen, wobei ungefähre allgemeine und bevorzugten Größenordnungen angeführt sind.