EXTRUDAREA PRODUSELOR ALIMENTARE

7/23/2019 EXTRUDAREA PRODUSELOR ALIMENTARE

http://slidepdf.com/reader/full/extrudarea-produselor-alimentare 1/15

TAIA_curs_2015

1

EXTRUDAREA TERMOPLASTICĂ. EXTRUDAREA

PRODUSELOR ALIMENTARE.

FABRICAREA CEREALELOR INSTANT

Extrudarea termoplastică este o operaţie complexă care se aplică unui amestecde materii prime alimentare, hidratate sau nu, sub formă pulverulentă, păstoasă saulichidă, care odată încălzite sunt obligate să treacă prin una sau mai multe filiere, fiindrezultatul unor efecte con jugate de forfecare, temperatură şi presiune care se exercităasupra materiilor prime.

Temperatura şi forţele aplicate în cursul tratamentului conferă produsului finalanumite caracteristici particulare, cum sunt cele legate de textură, gust, culoare sau alte

proprietăţi funcţionale. În timpul extrudării termoplastice intervin, în principal, următoarele operaţii

unitare:

- amestecarea , operaţie care are scopul omogenizării materialului, astfel încâtconcentraţia fiecărui component să fie uniform repartizată în amestec;- încălzirea, aportul de energie termică având rolul modificării anumitor

legături moleculare ale produsului tratat; - extrudarea , care constă din aplicarea unei presiuni asupra produsului pentru a-

l face să treacă printr -o filieră cu unul sau mai multe orificii. În extruderea termoplastică materiile prime sunt supuse tratamentului mecanic

şi termic pentru un timp scurt. Tratamentul termic constă din încălzirea cutransformare biochimică, răcire sau ambele. Temperaturile de lucru în extrudareatermoplastică sunt de până la 220oC, iar durata tratamentului este de câteva zeci de

secunde, corespunzător unui tratament la temperatură înaltă şi durată scurtă (HTST), prezentat la procedeele de sterilizare.Extrudarea produselor alimentare poate fi de mai multe tipuri:- extrudarea simplă - nu presupune încălzire (sau temperaturi sub 70oC), ci

corespunde unei puneri în formă a produsului extrudat, care conservă forma filierei, procedeu utilizat pentru fabricarea unor paste alimentare pentru prăjituri şi anumiţi biscuiţi;

- extrudarea termoplastică cu expandare - se caracterizează prin expandarea produsului la ieşirea din filieră;

- coextrudarea - este o variantă a extrudării termoplastice în care se obţine un

produs compozit asociind două sau mai multe texturi;- coexpandarea - este o altă variantă a extrudării termoplastice, în care două produse de origini diferite sunt tratate în două extrudere distincte, dar expandează printr-o filieră unică.

Produsele alimentare obţinute prin extrudare termoplastică sunt foarte variate:cereale pentru micul dejun, pufuleţi, făinuri instant, băuturi instant, paste alimentare,

proteine vegetale sau animale texturate, cazeină – cazeinaţi, brânzeturi topite, produse pentru animalele de companie, etc.



TAIA_curs_2015

2

Extruderul

Utilajul principal în care are loc extrudarea termoplastică este extruderul.Preluat în industria alimentară din industria prelucrării polimerilor şi din domeniile deobţinere a pastelor, extruderul poate fi considerat un reactor biochimic complex careoperează la temperaturi înalte, având un timp de staţionare mic, o presiune de operaremare şi în care asupra produsului se exercită eforturi de forfecare mari. Utilajul deextrudare (fig.2) este, în general, un utilaj complex compus din: malaxor, extruderul

propriu-zis, corpul melcului şi melcul (melcii) de lucru. malaxorul realizează omogenizarea amestecului care este supus apoi extrudării

termoplastice şi precondiţionării prin tratare cu abur la presiune atmosferică şitemperatură constantă;

extruderul propriu-zis este format din corp, melc (melci), filieră (cap deextrudare), cuţit de decupare şi moto-reductor;

corpul melcului are diferite forme şi poate fi prevăzut cu manta care permiteîncălzirea cu abur sau răcirea cu apă; în pereţii corpului, la interior, sunt practicatecanale longitudinale sau elicoidale, pentru a mări coeficientul de frecare între materialşi corpul extruderului şi pentru a intensifica amestecarea;

melcul (melcii) de lucru sunt de mai multe tipuri şi prezintă trei secţiuni:secţiunea de alimentare, secţiunea de fluidizare şi cea de presiune.

Fig.1. Schema de principiu a unei instalaţii de extrudare

Fig.1 Diagrama procesului de extrudare care arată legătura între debitul de alimentare, presiune și fluxul de căldură



TAIA_curs_2015

3

Fig.3. Scheme extruder

Fig.3. Schema unei instalații de extrudare cu 2 melci

Secţiunea de alimentare are rolul de a prelua materialul şi de a-l transporta. Această zonă lucrează la presiune atmosferică şi asigură omogenizarea amestecului şieliminarea aerului din material. Pe această porţiune a utilajului, sistemul de încălzirenu funcţionează şi materialele nu suferă transformări, nici granulometrice şi nici lanivel molecular.

Secţiunea de plastifiere (fluidizare) lucrează la presiune joasă şi medie, aici

având loc creşterea temperaturii şi plastifierea materialului. Tot în această secţiune auloc şi cele mai importante transformări fizico-chimice ale materiilor prime supuseextrudării, precum: gelatinizarea amidonului, coagularea proteinelor şi altele.

Zona de pompare este cea de presiune şi temperatură maxime, în carematerialul sub formă de topitură este împins în continuare spre capul de extrudare. Înaceastă zonă materialul se comportă ca un fluid non-newtonian, fiind supus unui

pr oces de curgere asemănător celui dintr -o pompă cu melc. Comparativ cu extruderele simple cu un singur melc, extruderele cu melc dublu

au o capacitate mai bună de amestecare şi de transport a materialului. Aparatele cumelc dublu pot fi alimentate cu materii prime cu o granulometrie mult mai mare şi cuvâscozităţi de la valori foarte mici la valori foarte mari, fără să deranjeze prezenţamateriilor grase sau a zahărului. În plus, dacă extruderele cu un melc nu pot prelucra



TAIA_curs_2015

4

decât materii prime cu umiditate cuprinsă între 10-30%, cele cu melc dublu pot utilizamaterii prime cu umiditate între 10-95%.

Cei doi melci se pot roti în sensuri contrare sau în acelaşi sens şi, în funcţie demontajul cuptorului, melcii pot fi separaţi unii de alţii, tangenţiali sau întrepătrunşitotal sau parţial (fig.4).

Fig.4. Sensurile de rotaţie a melcilor într -un extruder cu doi melci

Cele mai multe aplicaţii ale extrudării în industria alimentară se referă la prelucrarea unor materii prime cu conţinut mare de amidon: cereale (30-80% substanţăuscată – s.u.), leguminoase (25-50% s.u.) şi tuberculi (60-90 % s.u.). De aceea,operaţia de extrudare termoplastică se aplică în industria de morărit şi panificaţie

pentru obţinerea produselor instant, a cerealelor pentru micul dejun, a unor produse de panificaţie de formă plată (flakes), produse de tip snack -uri, pufuleţi, saleuri şi altele.

Extrudarea termoplastică se aplică şi pentru obţinerea texturatelor pe bază de

proteine vegetale şi animale. Pentru aceasta se folosesc făinuri proteice care conţin60% proteine. Proteinele texturate din surse vegetale (PVT) se obţin folosind camaterii prime turte de soia sau de floarea soarelui din care s-a extras deja uleiul.

În industria zahărului extrudarea se foloseşte pentru: decristalizarea zahărului,dezinfectarea măcinăturii de cacao şi pentru realizarea operaţiei de conşare la

prepararea ciocolatei.În industria laptelui se utilizează extrudarea pentru obţinerea cazeinaţilor din

cazeină. Se pot obţine astfel cazeinaţi de diverse granulometrii şi vâscozităţi diferite.În mod obişnuit, durata reacţiei în extruder este de 20 s la 65 oC. Extrudarea are şi efect

bactericid, cazeinatul evacuat din extruder fiind aproape steril.

În industria berii procedeul de extrudare este folosit la obţinerea malţului brun,realizându-se o economie de energie de 15-25%.

Evaluarea proprietăţilor reologice reprezintă o posibilitate de a înţelege efectul pe care operaţia de extrudare termoplastică o are asupra materiilor prime şi asupratexturii produsului finit.



TAIA_curs_2015

5

FABRICAREA CEREALELOR INSTANT

Produsele din făină de cereale sunt segmentul cel mai mare şi tradiţional pe piaţa de cereale, alcătuind circa 18%. Făina este în esenţă obţinută din grâu şi are ogranulaţie mai mare (faina grifica), care rezultă după eliminarea tărâţelor şigermenilor. Grâul preferat pentru producerea făinii pentru cereale integrale este cel deculoare roşie sau de iarnă, deoarece granulele de endosperm pentru aceste tipuri degrâu (sticlos) rămân intacte atunci când cerealele sunt pregătite la cald.

Materiile prime folosite la fabricarea fulgilor de cereale şi a produselorexpandate sunt: boabe, crupe şi făinuri de grâu, porumb, orez, orz şi ovăz.

Alte materii prime sunt: zahărul, siropul de malţ sau glucoza, mierea, sarea. Materiile auxiliare folosite la fabricarea fulgilor de cereale şi a produselor

expandate sunt: pastă de arahide, ulei, brânzeturi uscate, pudră de usturoi, condimente,acid citric, substanţe aromatizante, vitamine, minerale, coloranţi.

Pregătirea materiilor prime se realizează prin îndepărtarea corpurilor străine,uscare, mărunţire, dizolvare, filtrare, fierbere.

Aşa cum se arată în fig.5, producţia de făina de cereale începe cu primirea şimăcinarea grâului. Cerealele instant sunt pregătite în primul rând prin adăugarea defosfat disodic, cu sau fără adăugarea ulterioară a unei enzime proteolitice.

Fig.5. Schema tehnologică de obţinere a fulgilor de cereale



TAIA_curs_2015

6

Un produs poate fi făcut prin umezirea şi presarea făinii, apoi fulguirea (presareintre valturi) şi reuscare înainte de ambalare.

Fulgii de cereale se fac direct din boabe de cereale întregi sau părţi de miez de porumb, grâu sau orez şi sunt prelucrate în aşa fel încât să se obţină particule, numitecrupe pentru fulgi, deoarece formează un singur fulg fiecare. Producţia de cereale-fulgiimplică prepr ocesare, amestecarea, gătire (fierbere), dezaglomerare, uscare, răcire,fulguire, prăjire şi ambalare.

În principiu există două tehnologii de bază folosite pentru obţinerea fulgilor decereale:

primă tehnologie este aceea în care cerealele sau crupele de cereale dupădecorticare sunt supuse fierberii cu abur şi apoi mărunţirii, uscării, vălţuirii şitoastării;

a doua tehnologie foloseşte în locul fierberii extrudarea, care are ca principale

avantaje obţinerea unor fulgi uniformi şi posibilitatea folosirii ca materie primăfăina, din care se obţine mai întâi un aluat.

Fig.6 . Schema generală de obţinere a produselor expandate în tun

Materie rimă

Curăţire

Decojire

Amestecare

Fierbere

Spargere aglomerate

Răcire

Aplatizare

Uscare cu expandare

Acoperire

Ambalare

abur, căldură

ingredient

Extrudare

Temperare

materiale acoperire



TAIA_curs_2015

7

Pentru obţinerea fulgilor acoperiţi, după toastare se pot adăuga diversemateriale de acoperire: zahăr, miere, sirop de glucoză sau sirop de malţ.

În ultimul timp se obţin fulgi şi din amestecuri de cereale, chiar cu adaos deseminţe de soia, pretratate cu papaină şi bicarbonat de sodiu pentru îmbunătăţirea

prelucrabilităţii şi aromei.

Fulgi de grâu Fulgi de orz Fulgi de ovăz Fulgi de porumb glazuraţi

Fig.7 . Schema de principiu pentru obţinerea produselor expandate în cuptor

Materie primă

materiale acoperire

Curăţire

Decojire

Amestecare

Expandare

Uscare

Uscare/Răcire

vălţuire

toastare Acoperire

Ambalare

abur, căldură

ingrediente

temperare (24 h)

extrudare (t<70º)

Produse ex andate

Pretratare

Mărunţire

tem erare



TAIA_curs_2015

8

Schema de principiu pentru obţinerea fulgilor de cereale este prezentată în fig.8.Pregătirea de cereale, inclusiv primirea, manipularea, curăţarea şi decorticarea, pentru

producerea de fulgi de cereale este similară cu cea pentru producţia tradiţională decereale. Înainte de a fi procesate, cerealele pentru fulgi, trebuie să fie supuse unei

preprocesări. Pentru porumb, acest lucru implică măcinarea uscată pentru a eliminagermenii şi tărâţele, lăsând numai crupele de endos perm.

Fig.8. Schema de principiu pentru obţinerea fulgilor de cereale

La grâu preprocesarea începe cu o aburire uşoară a seminţelor înainte de a fimărunţite în cadrul unui valţ de moară cu deschidere corespunzătoare (şrotare). Orezulnu cere măsuri speciale de preprocesare pentru producerea de fulgi de orez, alteledecât cele obişnuite în stare brută de obţinere a orezului lustruit care este materialul

normal de procesare.

Materie primă

curăţire

deco ire

amestecare

fierbere

spargere aglomerate

uscare

răcire

vălţuire

toastare(275...325ºC)

acoperire

ambalare

abur, căldură

ingrediente

extrudare

precondiţionare

fulgi de cereale



TAIA_curs_2015

9

Fulgii de cereale extrudaţi diferă de fulgii tradiţionali în care materialul pentrufulguire este format prin extrudarea ingredientelor amestecate, printr-o matriţă (presă)şi tăierea peletelor de aluat la mărimea dorită. Plăcile aglomerate extrudate trec prinoperaţiile de preprocesare, amestecare, extrudare, uscare, răcire, fulguire, prăjire şiambalare. Diagrama flux pentru producţia de cereale extrudate este prezentată mai jos.Diferenţa principală dintre producţia de fulgi extrudaţi şi producţia tradiţională este căextrudarea fulgilor înlocuieşte prăjirea şi desfacerea aglomerărilor de la pregătireatradiţională.

Extruderul realizează mai multe operaţiuni de-a lungul lungimii sale. Pe prima parte a traseului se realizează mărunţirea şi amestecarea împreună a cerealelor şiingredientelor. Soluţia aromă poate fi adăugată direct în extruder prin intermediul unei

pompe de lichid. Căldura introdusă în această zonă a extruderului, lângă punctul dealimentare este mică pentru a permite ingredientelor să se amestece corespunzătorînainte de orice preparar e sau de începerea gelatinizării. Încălzirea este aplicată însecţiunea centrală a extruderului pentru a pregăti ingredientele.

Matriţa este situată la sfârşitul ultimei secţiuni, care este în general mai recedecât restul extruderului. Aluatul trece în formă compactă prin orificiile matriţei, iar uncuţit rotativ taie firele de aluat în felii numite pelete. Etapele care urmează pentrufulgii extrudaţi (uscare, răcire, fulguire, prăjire şi ambalare) sunt aceleaşi ca şi pentrufulgii tradiţionali.

Fig.9. Obţinerea fulgilor de cereale extrudaţi



TAIA_curs_2015

10

Un exemplu de linie tehnologică de obţinere a fulgilor de cereale prin extrudareeste prezentat în fig.10.

Linia tehnologică este formată din şase zone: depozitate-amestecare produscerealier brut, extrudare, uscare, obţinere fulgi, prăjire/toastare şi glazurare. Materia

primă reprezentată din făinuri, de puritate şi fineţe corespunzătoare, depozitată încelulele (1), este extrasă cu ajutorul extractoarelor vibratoare (2), cântărită volumetricşi introdusă în amestecătorul rapid (3). Acest utilaj este format din două zone: o zonăde amestecare, de formă cilindrică, şi una ce se constituie un rezervor dupăamestecare, înaintea extrudării.

Din amestecător produsul este preluat de un şnec (4), cântărit volumetric îndozatorul (5) şi introdus apoi în şnecul de aburire (6).

Fig.10. Schema tehnologică de obţinere a fulgilor de cereale prin extrudare

1.celule depozitare, 2.extractoare vibratoare, 3.amestecător rapid, 5.şnec, 6.şnec de aburire,7.extruder, 8.uscător în pat fluidizat, 9.alimentaror vibrator, 10.valţ aplatizare, 11.cernător

vibrator, 12.prăjitor/toaster, 13.transportor cu cupe oscilante, 14.tobă glazurare,15.uscător/răcitor

În şnecul de aburire are loc amestecarea produsului cerealier brut cu abur,aducându-l astfel la parametrii optimi procesului de extrudare. Produsul cerealier este

procesat apoi în extruderul (7), cu şnec dublu, rezultând produse la forma şi gradul deexpandare dorit. Forma produsului este dată matriţa extruderului. Produsele extrudatesunt trimise, prin transport pneumatic, într-un uscător (8). Aici are loc preuscarea

produsului în pat fluidizat, cu ajutorul aerului cald care străbate produsul uscându-isuprafaţa şi prevenind lipirea lui. De la uscător, cu ajutorul unui alimentator vibrator(9), produsul este trimis la un valţ de aplatizare (10) şi trecut prin spaţiul dintre doităvălugi de laminare. După laminare produsul este separat după dimensiuni într -uncernător vibrator (11), prevăzut cu o sită metalică (din inox), şi apoi trimis într -un

prăjitor/toaster (12). Fulgii prăjiţi sunt preluaţi de un transportor cu cupe oscilante (13)şi introduşi în toba de glazurare (14). În toba încălzită sunt adăugate soluţiile de zahăr

abur

a b u r

a p ă

r e c e

apă

a p ă

r e c e

gaz gaz

gaz apă fulgi

aspiraţie

aspiraţie aspiraţie aspiraţie

ingrediente

ingrediente

2

3

1

4

5

6

7

8

9

10

1112

13

14 15



TAIA_curs_2015

11

şi pudrele. În următoarea etapă fulgii glazuraţi sunt uscaţi/răciţi în uscătorul (15).Umiditatea produsului la intrarea în uscător este de 9% iar la ieşire de 2%.

Cereale întregi expandate (pufarine). Cerealele integrale sunt formate prinîncălzirea boabelor şi apoi supunerea lor la o scădere bruscă de presiune. Aşa cumaburul sub presiune din interiorul seminţelor încearcă să ajungă la un echilibru cumediul înconjurător, tensiunile interne din seminţe conduc la expandarea sau umflarealor. Orezul şi grâul sunt tipuri de cereale utilizate în obţinerea cerealelor integraleexpandate, ceea ce implică pretratare, expandare, cernere, uscare şi răcire. Procesulgeneral de obţinere a expandatelor din cereale este prezentat în figura de mai jos.Grâul necesită pretratare pentru a preveni zdrenţuirea învelişului (tărâţei), ţinândseama că o parte a acestuia aderă la endosperm, iar alte părţi se pot arde la expandare. Un mod de pretratare este de a stropi seminţele cu 4% soluţie saturată de sare (26%sare). O altă formă de pretratare, numită perlare, este de a îndepărta o parte din învelişînainte de expandare (obţinerea arpacaşului). Pretratarea solicitată de orez esteşlefuirea pentru a produce seminţe rotunde. Expandarea se poate realiza cu instalaţiimanuale sau automate cu un singur canal (camera), în flux discontinuu sau continuu.

Fig.11. Obţinerea produselor cereale instant prin expandare şi coacere



TAIA_curs_2015

12

În instalaţiile manuale cu o singură cameră, cerealele sunt încărcate în interior,iar capacul este închis şi sigilat. La rotirea tobei de prăjire, prin dreptul flăcării unuiarzător cu gaze, încălzirea seminţelor provoacă transformarea umidităţii din cereale înabur. Când capacul se deschide, schimbarea bruscă a presiunii provoacă expandarea. Instalaţiile automate cu o singură cameră funcţionează pe acelaşi principiu, cu excepţiafaptului că aburul este injectat direct în interiorul tobei. Instalaţiile automate multi-camere au montate pe un arbore cu turaţie lentă mai multe tobe (camere), astfel încâtfiecare trece individual prin dreptul flacarii. Introducerea aburului, şi procesul deîncălzire pentru fiecare incintă (cameră) sunt identice cu cea de la instalaţia cu osingură cameră. După expandare, cerealele sunt supuse verificării şi uscarii înainte dea fi ambalate, ambalarea făcându-se imediat deoarece produsul final fiind foarte poros,absoarbe rapid şi uşor umiditatea din mediul înconjurător, iar ambalajele trebuie să fiedin materiale care posedă calităţi de barieră la umiditate ridicate.

În fig.12 este prezentată schema tehnologică de obţinere a fulgilor de ovăz prinaplatizare şi uscare cu aer cald.

Fig.12. Schema tehnologică de obţinere a fulgilor de ovăz

Ca materie primă se folosesc crupele de ovăz, decojite, şlefuite şi calibrate.Pentru calibrare se folosesc: separatorul vibrator (2), prevăzut cu ciururi cu orificiirotunde cu diametrul de 4,5 mm şi orificii alungite 1,3x20 mm, triorul cilindric de

abur

aer

1

2

3

4

6

7

8

9

8’

1011

7’

fulgi



TAIA_curs_2015

13

boabe rotunde (3), cu diametrul alveolelor de 4,5 mm, masa densimetrică (4).Procentul maxim admis de boabe neşlefuite este de 0,15%. În situaţia în careumiditatea crupelor este mai mare de 12%, ele vor fi uscate în coloana de uscare (5),astfel încât produsul să aibă maxim 11,5-11,8% umiditate.

Aburirea crupelor se realizează în şnecul de aburire (9), la presiunea de 0,5 atm,timp de 30 min, umiditatea produsului după aburire fiind de 13-14%.

Crupele aburite sunt trimise la valţul de laminare (10). Caracteristiciletăvălugilor sunt: diametre de 400-500 mm, dispuşi în plan orizontal, cu suprafaţa delucru netedă şi raportul vitezelor periferice k=1, cu deschiderea dintre tăvălugi de 0,3-0,45 mm şi o viteză periferică de 3 m/s.

După laminare crupele sunt uscate în uscătorul cu benzi (11). Viteza benzii estecuprinsă între 0,4 şi 1,2 m/min, iar durata procesului de 3...7 min.

Cerealele în amestec de tip müesli se obţin din diferite cereale expandate sauextrudate, cu adaos de fructe uscate şi fulgi de fructe.

Produsele de tip Granola folosesc drept materie primă majoritară ovăzul,aplatizat prin trecere printre tăvălugi (fig.13). Pentru amestec se folosesc produsecerealiere – grâu aplatizat sau fulgi, sau produse necerealiere – miez de nucă, miez denucă de cocos, zahăr brut, miere, extract de malţ, fructe sau fulgi de fructe, ulei, apă,condimente – cimbru, nucşoară. După amestecare are loc toastarea, urmată despargerea masei în bucăţi mai fine.

Fig.13. Schema de principiu pentru obţinerea produselor de tip Granola

Materie primă

apă ulei aromatizanţi lichizi Curăţ ire

Decojire

Amestecare

Toastare

Spargere aglomerate

Răcire

Ambalare

ingrediente

Granola

Aplatizare

Suspendare



TAIA_curs_2015

14

Fig.14. Schema procesului de lucru al maşinii de format fire umplute



TAIA_curs_2015

15

TEHNOLOGII ALE CEREALELOR INTEGRALE

EXTRUDAREA PRODUSELOR ALIMENTARE

Documents

Transcript of EXTRUDAREA PRODUSELOR ALIMENTARE