Экструдеры
Экструдер — это основная часть рабочего оборудования, задействованного в рамках экструзионного процесса при производстве пищевых продуктов. В продуктовой отрасли эти машины используют для изготовления полуфабрикатов или готовых изделий путем совокупного механического и температурного воздействия на ингредиенты.
Пищевая экструзия
Под пищевой экструзией понимают технологический процесс, когда мягкие смешанные ингредиенты, которые в процессе обработки нагреваются, получая дополнительный объем, с заданной скоростью принудительно проталкиваются сквозь фигурные отверстия в перфорированной пластине (матрице) с целью придать продуктовой массе определенную форму.
На следующем этапе производства с помощью специальных лезвий экструдированные продукты нарезают согласно установленному размеру.
Пищевой экструдер чаще всего представляет собой большой вращающийся шнек, плотно прилегающий к стационарному цилиндру со специальной головкой на конце, через которую и пропускают смесь (экструдат).
Синонимы: экструдинг-пресс, экструдер-машина, экструдер зерновой, экструдер для корма, экструдер пищевой, шприц-машина, червячный пресс, червячный экструдер, шнековый экструдер, поршневой экструдер, дисковый экструдер, одночервячное оборудование, формовочная машина.
Экструзионные продукты
Экструдеры применяют при изготовлении различных продуктов питания, у которых обычно высокое содержание крахмала. В первую очередь это касается всех видов зерновых.
Экструзионная продукция имеет пористую или волокнистую структуру, что зависит от соотношения крахмальных и протеиновых ингредиентов в замесе.
Самые распространенные экструзионные продукты:
- палочки и хлопья из различных злаков;
- хлебцы, снэки и соломка;
- сухие фигурные завтраки;
- каши быстрого приготовления;
- детское питание;
- картофельные чипсы;
- посыпки из злаков (для мороженого и кондитерских изделий);
- пищевые отруби;
- панировка и продукты вторичной переработки хлеба;
- закуски на зерновой основе;
- соевый концентрат и кусковые изделия;
- комбикорма;
- сухие корма для питания животных;
- все виды пеллет.
Строение пищевого экструдера
Основные технологические узлы в конструкции экструдера:
- корпус с нагревательной системой;
- движущийся орган — шнек, диск или поршень;
- загрузочный узел;
- электропривод;
- устройства контроля и измерений показателей для регулировки работы.
Общими деталями для всех экструдинг-прессов являются:
- пластина — формующий элемент, который определяет, какой будет продукция на выходе;
- нагнетатель, отвечающий за создание давления, нужного для продвижения массы сквозь отверстия матрицы.
Производственный процесс
Во время экструзии сырье вначале измельчают до необходимого размера. К сухой смеси добавляют дополнительные ингредиенты, что определяется рецептурой продукта. Это может быть просто вода, жидкий сахар, жиры, красители или даже мясо.
Шнек продвигает захваченную массу от узла загрузки по корпусу, где она проходит несколько этапов — перемешивания, плавления и структурообразования.
Технология изготовления крахмало- и протеиносодержащих продуктов основана на совместном воздействии влажности, температур и резко меняющегося давления.
Одно- или многошнековое оборудование предназначено для теплой или горячей экструзионной обработки:
В ходе теплой экструзии ингредиенты в сухом виде смешивают с водой в нужных пропорциях, а после этого сырье подвергают механической и тепловой обработке. Благодаря нагреву экструдат характеризуется эластичностью, незначительной прочностью и небольшой прибавкой в размерах.
Горячий способ — это производственный процесс, при котором сырье приобретает заданную форму благодаря значительной скорости вращения, высокой температуре и большому давлению.
Продукты по типу экструзии:
Способы экструзии |
|
Теплая |
Горячая |
крекеры, сухие завтраки, некоторые виды макаронных изделий, зерновые закуски |
сухие завтраки и снэки, хлебцы, кукурузные палочки, сухие напитки, супы, мясные продукты |
Классификация оборудования
В пищевой отрасли применяют три основных типа экструдеров:
● поршневые;
● шнековые;
● дисковые.
Шнековое оборудование различается числом движущихся внутри цилиндра шнеков.
По интенсивности оборотов шнека выделяют нормальные и быстроходные устройства, а по особенностям конструкции — неподвижные и вращающиеся, а также с положением шнека вдоль или поперёк.
Шнековые экструдеры
Наиболее распространено оборудование со шнеками, движущимися в одну сторону после зацепа. Также применяют устройства с деталями, которые выполняют не только вращения, но и поступательно-возвратные действия.
Для максимального эффекта смешивания устанавливают вспомогательные элементы, например, шлицы или зубцы.
Одношнековые экструдеры
Устройства такого типа применяют при изготовлении комбикормов и простейших продуктов, например, хлопьев или палочек из кукурузы.
Неудобство применения одночервячного пресса заключается в необходимости определения изначального уровня влажности сырья — этот показатель определяет качественные характеристики итогового изделия и напрямую влияет на процесс. Например, для изготовления комбикормов влажность пшеницы должна быть в пределах 18 - 20%. Для получения необходимых показателей сырье предварительно замачивают.
Неравномерная подача из единственного шнека негативно сказывается на стабильности показателей величины и формы конечного продукта, поэтому оператору нужно постоянно следить за экструдатом на выходе, учитывая технологические особенности исходного сырья.
Отсутствие возможности менять скорость вращения шнека снижает оперативность, однако простота конструкции обеспечили данной модели широкое распространение.
Двухшнековые экструдеры
Оборудование задействуют при изготовлении самых разных продуктовых изделий, особо популярными являются разнообразные продукты из кукурузы ( кукурузные шарики, кольца, палочки, подушечки, звездочки и любые другие формы), детское питание, панировочные сухари, корма для животных и рыб. Такие машины обеспечивают оперативный запуск шнека, работу на повышенных оборотах, что способствует более тщательному смешиванию компонентов двумя шнеками.
Внутрь технологических корпусов непрерывно поступают жидкие компоненты. Контролируемая подача избавляет от необходимости учета изначальной влажности ингредиентов, позволяет влиять на свойства и качественные характеристики получаемого экструдата. После того, как были заданы рабочие параметры, линия работает практически в автономном режиме с автоматическим поддержанием температурных показателей нагрева корпусов.
На двухчервячных устройствах выпускают экспандированную и холодноэктсрудированную продукцию путём замены комплектов шнеков рабочей зоны.
Типы матриц
От конфигурации отверстий на головке зависит внешний вид продукции. Для цельных изделий она бывает:
● круглой;
● прямоугольной;
● квадратной.
Сечения сложной формы с вкладышами применяют при производстве полых изделий.
От конструктивных особенностей пластины (фильеры) зависит структура экструдата:
● пористая;
● волокнистая;
● цельная.
Продукты с волокнистым и однородным строением получаются благодаря использованию более длинных фильер с постепенным снижением температуры расплавленного вещества и давления.
При изготовлении экструдатов пористого строения используют короткие фильеры без охлаждения. Резкий перепад давления и температуры на выходе ведет к мгновенному испарению влаги, что становится причиной появления пор в структуре.
Виды нагнетателей
Нагнетатель устройства бывает периодического или постоянного действия.
Самые распространенные нагнетатели переменного действия — винтовой и поршневый, который применяют в процессе гидроэкструзии.
Нагнетатели постоянного действия:
● шнековый;
● валковый;
● шестеренный.
На выбор подходящего типа нагнетателя оказывают влияние изначальные свойства массы для переработки и требования к параметрам ее формовки.
Поршневые и валковые устройства характеризуются мягким давлением на сырье, поэтому они максимально подходят для приготовления продуктов с нежной текстурой.
Шестеренные устройства применяют для однородной продукции. Из-за нестабильности производимого ими воздействия их не рекомендуют для сырья с твердыми компонентами, которым грозит разрушение.
Разновидности оборудования
В производственной среде экструдерами также называют формовочное оборудование, которое работает по принципу экструзии.
Такие машины успешно работают не только с сухими, но и с влажными веществами, например, при производстве крабовых или рыбных палочек. По этому же принципу изготавливают множество конфетных подушечек и батончиков.
Подробнее про устройство и принцип работы формовочного оборудования можно посмотреть тут.