挤出设备的制作方法

本发明涉及一种用于固体食品补充剂、饲料添加剂或药物制剂的连续生产的挤出设备，该固体食品补充剂、饲料添加剂或药物制剂包含均匀分散在载体材料基质中的营养或药物活性物。本发明还涉及一种通过挤出生产这种制剂的方法。

背景技术：

1、本领域已知通过挤出制备用于人类和动物的食品补充剂、饲料添加剂和药物制剂，如水溶性和脂溶性维生素、多不饱和脂肪酸、诸如矿物质的微量元素、任何衍生物及其混合物的制剂。示例性出版物包括wo 2007/055815 a1、wo 2021/163836 a1、wo 2014/083065a1、wo 2017/005622 a1和wo 2019/175326 a1。

2、载体材料和活性物物料在挤出期间处于粘性状态，并在其离开挤出模具后通过冷却和/或干燥而固化。在挤出模具的出口处，在该处，切割器从所挤出的材料股(materialstrand)上切下团粒(pellets)，并且侧向输送流体(通常为输送空气)流将颗粒从模具带走，然而，尽管有输送流体的冷却和干燥效果，但该物料通常仍然是粘性的和发粘的，尤其是在股的芯部中。这导致机器零件(尤其是切割器和挤出模具)的堵塞，并对工艺稳定性和维护频率有害。它还导致产品颗粒本身的结块，并且对产品质量有害。

3、根据物料的种类以及挤出股的形状和尺寸，调节输送空气的温度和流速或通过分离的冷却空气流冷却切割器的刀具并不总是令人满意地解决问题。

4、本发明的目的是提供允许减少或甚至完全消除机器零件(尤其是刀具和挤出模具)的所描述的堵塞问题的解决方案。

技术实现思路

1、针对这个背景，本发明提出了一种用于包含(优选地均匀地)分散在载体材料基质中的营养或药物活性物的固体食品补充剂、饲料添加剂或药物制剂的连续生产的挤出设备，该设备包括：挤出模具，该挤出模具包括具有特定横截面尺寸和形状的至少一个孔口；切割器，该切割器布置在孔口前方并具有用于从离开孔口的材料股切下团粒的切粒刀(pelletizing knives)；优选地，用于通过流体出口产生输送流体流，使输送流体流在孔口前方侧向通过模具流的装置；以及用于生成在竖直或成角度的方向上通过流体出口到孔口上的冷却流体流的装置。

2、附加的竖直或成角度的冷却流体流增加了所挤出的材料的冷却和干燥速度，特别是在所挤出的股的芯部处及其周围，在那里输送空气的冷却和干燥作用可能不太明显。因为至少在造粒期间切割器的刀具也必须定位在冷却空气流中或移动通过冷却空气流，所以刀具的冷却是附加效果。这些效果降低了刀具和模具在操作期间堵塞的趋势，并提高了工艺稳定性。也降低了产品颗粒聚集在一起的趋势，从而导致提到的产品质量。

3、输送流体和冷却流体独立地优选地为气体，最优选地为空气。也可以使用惰性气体，如氮气。在一个实施例中，输送流体和冷却流体是相同的流体，特别地是气体。它们可以具有不同的温度或相同的温度，并且可以从不同的来源或相同的来源提供。如水的液体通常不太优选。

4、用于生成侧向输送流体流的装置优选地包括风扇或其它高压或减压源(如压力罐)、以及流体控制元件(如导管和流体出口，优选地喷嘴)。在不同的实施例中，该设备可以被构造为在离开孔口的材料股的温度(±10℃以及优选地±5℃)下、在低于离开孔口的材料股的温度下、或者在两者中的任一者下提供输送流体。

5、同样地，用于生成竖直或成角度的冷却流体流的装置优选地包括风扇或其它高压或减压源(如压力罐)、以及流体控制元件(如导管和流体出口，优选地喷嘴)。在不同的实施例中，该设备可以被构造为在离开孔口的材料股的温度(±10℃以及优选地±5℃)下、在低于离开孔口的材料股的温度下、或者在两者中的任一者下提供冷却流体。

6、在一个实施例中，用于生成侧向输送流体动的装置和用于生成竖直或成角度的冷却流体流的装置可以共享某些元件(如风扇或其它压力源)、或某些流体控制元件(如导管)、或两者。

7、优选地，用于生成侧向输送流体动的装置、用于生成竖直或成角度的冷却流体流的装置和切割器与挤出设备是一体的，也就是说，通过螺钉机械地安装在挤出设备上，而不是作为可以自由布置的分离零件提供。这对于程序稳定性和全部功能零件的精确协作非常重要。

8、进一步优选地，用于生成侧向输送流体动的装置和用于生成竖直或成角度的冷却流体流的装置的至少一部分(尤其是相应流体出口连同切割器或至少其切粒刀)和(多个)孔口一起包含在与挤出设备成一体的基本封闭的空间中。由于快速移动的切粒刀，仅出于安全原因，这是必要的，同时也避免了产品团粒的扩散。

9、侧向方向是基本上垂直于设备的操作期间离开孔口的材料股的移动方向的方向。竖直方向是与设备的操作期间离开孔口的材料股的移动方向相反的方向。成角度的方向是与竖直方向成小于60°，优选地小于45°，更优选地小于30°的角度的方向。

10、在一个实施例中，挤出模具包括多个孔口，并且用于生成冷却流体流的装置被构造为生成在竖直或成角度的方向上到全部孔口上的冷却流体流。在这方面，可以生成一个整体流或多个分流，后者例如通过使用多个喷嘴来生成。

11、在优选实施例中，离开(多个)孔口的(多个)材料股的方向与对应于挤出器螺杆的轴线和挤出器内的材料流动方向的挤出器的主轴线对齐。

12、在替代性实施例中，通过使用其中第一轴向材料流转向到径向方向的模具构造，离开(多个)孔口的(多个)材料股的方向可以径向于挤出器的主轴。

13、本文中侧向和垂直/成角度的方向是指(多个)材料股离开(多个)孔口的方向，并且因此在关于挤出器的主轴线的取向方面是不同的，这取决于(多个)材料股离开(多个)孔口的方向是轴向于挤出器的主轴线还是径向于挤出器的主轴线。

14、切割器包括一个或多个切粒刀。在一个实施例中，特别是当(多个)材料股离开(多个)孔口的方向与挤出器的主轴线对齐时，切割器是旋转切割器，该旋转切割器被构造为围绕与挤出器的主轴线对齐的轴线旋转，并具有安装在其上的一个或多个径向取向的切粒刀，这些切粒刀在设备的操作期间可以通过在垂直于挤出器的主轴线的方向上切割来对轴向离开孔口的材料股进行切粒。在另一实施例中，特别是当(多个)材料股离开(多个)孔口的方向径向于挤出器的主轴线时，切割器是旋转切割器，该旋转切割器被构造为围绕与挤出器的主轴线对齐的轴线旋转，并且具有相对于其运动的切向方向倾斜的一个或多个轴向取向的刀具，在设备的操作期间，这些刀具可以通过切向切割对径向离开孔口的材料股进行切粒。

15、在一个实施例中，切割器布置在可移动载体上，该可移动载体允许在模具前方在操作位置和从孔口移除的闲置位置之间移动，在该操作位置，切割器在操作时对离开孔口的材料股进行切粒。

16、在一个实施例中，流体出口(优选地为用于生成冷却流体流的装置的喷嘴)布置在可移动载体上，该载体允许在模具前方在操作位置和从孔口移除的闲置位置之间移动，在该操作位置，在操作时冷却空气流被指引到孔口上。

17、在特别优选的实施例中，切割器和流体出口(优选地用于生成冷却流体流的装置的喷嘴)布置在共同的可移动载体上，该可移动载体允许在模具前方在操作位置和从孔口移除的闲置位置之间移动，在该操作位置，当装置处于操作时冷却空气流被指引到孔口上，并且在该操作位置，当处于操作中时切割器对离开孔口的材料股进行切粒。在这样的实施例中，冷却空气流可以永久地被指引到切割刀片上，无论是在闲置位置还是在操作位置。

18、可移动载体可以是被构造为用于在垂直于挤出器的主轴线的平面中侧向移动的滑动件。用于侧向移动的这种滑动件可以适用于(多个)材料股从(多个)孔口轴向离开的实施例。

19、在另一实施例中，可移动载体可以是可以在轴向方向上或者通过在平行于挤出器的主轴线的方向的平移移动、或者通过围绕垂直于挤出器的主轴线的轴线回转、或者通过两者的组合而移动的载体。用于侧向移动的这种滑动件可以适用于(多个)材料股从(多个)孔口径向离开的实施例。

20、在一个实施例中，设备还包括用于生成在从孔口移除的位置处(优选地同样在竖直或成角度的方向上)通过流体出口到切割器上的附加冷却流体流的装置。虽然在竖直或成角度的方向上被指引到孔口上的冷却空气流固有地冷却了切割器的切粒刀，但是在不同位置被指引到切割器上的附加冷却空气流进一步改善了冷却作用。

21、对于用于生成附加冷却流体流的装置的优选实施例以及由此相应附加冷却流体的描述可以参考以上对用于生成到孔口的冷却流体流的装置的优选实施例的描述。最优选的是，这两种装置共享共同元件，如风扇或其他压力源和流体导管。优选地，流体出口(优选地，附加装置的喷嘴)也设置在可移动载体上，如上所讨论那样，并且最优选地，设置在与主要装置的流体出口和切割器共同的可移动载体上。

22、本发明还包括一种用于固体食物补充剂或药物制剂的连续生产的方法，该固体食物补充剂或药物制剂包含均匀分散在载体材料基质中的营养或药物活性物，其中该方法使用任一前述权利要求所述的设备来实施，并且其中该方法包括：提供包含营养或药物活性物的可挤出材料；通过孔口挤出材料以产生材料股；利用切割器对材料股进行切粒；优选地，利用侧向输送流体流从孔口前方侧向移除团粒；以及将冷却流体流指引到孔口和离开孔口的材料流上。

23、该方法的优选实施例包括例如先前关于输送和冷却流体的用途、种类、类型、温度和流动方向、或者切粒刀的切割方向在设备的上下文中描述的实施例。

24、在一个实施例中，切割器和/或(多个)冷却流体出口优选地以周期性重复的方式在闲置位置和操作位置之间移动。移动可以是侧向的。

25、相对而言，优选的是，冷却和输送流体的温度低于所挤出的材料在离开孔口时的温度，并且冷却流体的温度等于或低于输送流体的温度。与所挤出的材料在离开孔口时的温度的差异可以大于10℃，优选地大于15℃，更优选地大于20℃。

26、绝对而言，在一个实施例中，所挤出的材料可以具有从15℃至100℃，优选地从20℃至70℃的温度。冷却空气、输送空气或两者可以具有小于30℃的温度，该温度优选地是从-10℃至25℃，更优选地是从0℃至15℃。

27、根据本发明的方法优选地为湿法挤出工艺，其中所挤出的材料包含至少5wt.-％，优选地至少8wt.-％的溶剂(水)含量。在湿法挤出工艺中，现场冷却和干燥的组合作用具有特别重要的作用。

28、因此，本发明的这种方法优选地不同于热熔挤出工艺，该热熔挤出工艺通常涉及无溶剂材料和远高于100℃的温度，例如250℃或300℃。

29、在一个实施例中，所挤出的材料可以是具有包含在水包封的油颗粒中的脂溶性活性物的水包油乳剂。这种乳剂的示例在wo 2007/055815 a1、wo 2021/163836 a1、wo 2014/083065a1、wo 2017/005622 a1和wo 2019/175326 a1中进行描述。

30、油可以是天然油，特别是植物油。示例包括橄榄油、棕榈油、棉籽油、菜籽油、低芥酸菜籽油、大豆油、或向日葵油。

31、活性物尤其是脂溶性活性物。可以包含在油中的脂溶性活性物的示例包括例如多不饱和脂肪酸及其酯、水溶性和/或脂溶性维生素或维生素前体。可以用于上下文的多不饱和脂肪酸的典型示例包括花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸和γ-亚麻酸。可以用于上下文的维生素前体的典型示例包括β-胡萝卜素。

32、出于本发明的目的，术语“脂溶性维生素”特别包括维生素a、d、e和/或k、具有类似于维生素a、d、e或k的作用的对应维生素原和维生素衍生物(诸如酯，尤其是烷基酯)、以及它们的任何混合物。也包括辅酶q10。

33、“维生素d”是指维生素d3(胆钙化醇)或维生素d2(麦角钙化醇)、或两者。

34、“维生素d衍生物”是指维生素d的任何衍生物，例如25-羟基维生素d3(所谓的“hyd”)、1,25-二羟基维生素d3、或24,25-二羟基维生素d3。

35、维生素k可以是维生素k1和/或维生素k2和/或维生素k3，尤其是维生素k3。

36、脂溶性维生素的特别优选的示例是维生素a、维生素a乙酸酯、维生素a丙酸酯、维生素a棕榈酸酯、d--生育酚、dl--生育酚、d--生育酚乙酸酯、dl--生育酚乙酸酯、d--生育酚琥珀酸酯、dl--生育酚琥珀酸酯、维生素d3和25-羟基维生素d、以及它们的任何混合物。最优选的是维生素a乙酸酯、维生素d3、及其任意混合物。

37、关于本发明的饲料添加剂中的脂溶性维生素的量，游离形式脂溶性维生素的量是直接计算的，但脂溶性维生素的衍生物的量是根据游离形式脂溶性维生素计算的。

38、以这样的方式选择脂溶性维生素的量，即，基于所挤出的材料的总重量，其在所挤出的材料中的最终量优选地在从1.0至60重量％的范围内，更优选地其最终量在从5.0至50重量％的范围内。

39、然而，水包油乳剂不是本发明的方法可以应用的材料的唯一示例。使用本发明的方法也可以成功地加工其它材料，尤其是用于湿法挤出的材料，如包含活性物的微粒载体颗粒的分散体、微量营养素组合物、以及包含水溶性活性物的组合物。

40、在典型的实施例中，挤出材料(如水包油乳剂)还包含增稠剂或胶凝剂，尤其是多糖基或蛋白质基试剂。示例包括天然胶、淀粉、改性食用淀粉、木质素磺酸盐、果胶、琼脂和明胶。