г. Волгоград, 
ул. Богомольца, д. 9 8 (917) 330 46 41

ЭКСТРУДЕРЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВ

накормите своих животных полноценным обеззараженным экструдированным кормом!

ПОЛЕЗНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ОБ ЭКСТРУДИРОВАНИИ

Методические основы применения экструзионных технологий при переработке растительного сырья

 

 

Повышение эффективности производства является одним из факторов, обеспечивающих стабильную работу агропромышленного сектора. Поэтому перед научными и производственными работниками стоят задачи создания и освоения прогрессивных процессов с применением современных физико-химических методов обработки, проектирования и создания нового оборудования повышенной эффективности.

Одним из возможных путей ресурсосбережения является оптимизация технологической системы кормоприготовления за счет адекватного использования возможностей процессов, применяемых в этой системе.

 

Интерес к переработке растительного сырья с помощью термопластической экструзии обусловлен двумя основными причинами: во-первых, большим объемом и разнообразием продукции, производимой с помощью этой технологии, и, во-вторых, экономическим эффектом, который дает производство экструзионных продуктов. Высокий экономический эффект производства такого типа продуктов обусловлен прежде всего тем, что один экструдер может заменить целый комплекс машин, необходимых для производства кормов. Его использование позволяет сделать процесс непрерывным, легко контролируемым, универсальным по перерабатываемым полуфабрикатам и конечным продуктам.

Экструзионное оборудование не только расширяет ассортимент кормов, но и увеличивает занятость сельского населения в период межсезонья.

 

Получаемые в результате экструзионной переработки продукты сложны по химическому составу и обладают комплексом различных свойств, которые составляют в совокупности качество продукции и должны быть учтены при расчете процессов и оборудования.

 

Таким образом, разработка концепции синтеза минилиний по производству комбикормов на основе экструзионных технологий актуальна.

 

Экструзией называется процесс переработки продуктов в экструдере путем размягчения или пластификации и придания им нужной формы в поперечном сечении путем продавливания через экструзионную головку, сечение которой соответствует конфигурации изделия.

 

Экструдеры совмещают несколько операций, проводят их быстро и непрерывно, составляют композиции из нескольких компонентов, перемешивают, сжимают, нагревают, стерилизуют, формуют.

Процесс экструдирования биополимеров относится к термодинамическим методам обработки, использующим как статические режимы воздействия, так и динамический эффект давления, температур и осмоса. В основе экструдирования лежат два процесса – механохимическая деструкция, наблюдаемая на всех этапах процесса, и «взрыв», или «декомпрессионный шок»; происходящий на выходе продукта из экструдера.

В зависимости от температуры экструдируемой массы непосредственно перед матрицей процесс экструзии подразделяют на три группы: холодное формование (холодная экструзия); тепловая обработка и формование при низком давлении  (теплая экструзия); тепловая обработка и формование при высоком давлении (горячая экструзия).

 

Горячее экструдирование также называется термопластической экструзией.

При холодной экструзии происходят только структурно-механические изменения в материале вследствие медленного его перемещения под давлением и формование этого продукта с образованием заданных форм. Экструдируемый материал обладает повышенной пластичностью и низкой вязкостью. При холодной экструзии массовая доля влаги в сырье составляет от 30 до 60 %. Температура продукта в процессе холодной экструзии влияет незначительно и составляет на выходе из экструдера от 20 до 60 С, давление от 6 до 10 МПа. Холодная экструзия применяется в основном при производстве макарон и кондитерских изделий. При этих же режимах гранулируют корма по «влажной» технологии с использованием шнековых прессующих механизмов. Однако эта технология не получила распространения из-за больших затрат энергии на сушку экструдированных гранул.

 

В теплой экструзии исходное сырье имеет влажность от 20 до 30 %. Температура полуфабриката на выходе из экструдера составляет от 70 до 110 С. Давление экструдирования также возрастает до 8 … 14 МПа. Высокие давление и температура приводят не только к структурно-механическому, но и к химическому преобразованию продукта. При теплой экструзии крахмалосодержащего сырья происходит так же, как и при горячей экструзии, желатинизация крахмала. Однако вспучивания с образованием пористой структуры на выходе из экструдера не происходит. Это связано с тем, что температура недостаточна для резкого превращения воды в пар. Получаемый экструдат отличается небольшой плотностью, незначительным увеличением в объеме, пластичностью, а также ячеистым строением. Иногда экструдату необходима дополнительная обработка – подсушивание, обжаривание, фритирование.

При горячей экструзии массовая доля влаги в экструдируемом материале составляет от 10 до 20 %. Температура продукта на выходе из экструдера находится в пределах от 110 до 200 С, давление от 12 до 25 МПа. При таких высоких температурах и давлениях перерабатываемый материал подвергается глубоким физико-химическим изменениям, преобразуясь из сыпучей массы в упруго-вязко-пластичную. Экструдат на выходе из фильеры вспучивается со значительным увеличением объема за счет резкого сброса внутреннего давления, что ведет к взрывному испарению влаги из выпрессовываемого экструдата и образованию пористой структуры. Под действием давления пара, оставшиеся целыми белковые цепи и крахмальные зерна разрываются, происходит глубокая декстринизация крахмала, а в перерабатываемом материале образуются поры. Образовавшаяся пористая структура фиксируется за счет затвердевания крахмала, вызванного резким остыванием. Различными исследованиями показано, что горячая экструзия крахмалосодержащего сырья сопровождается не только декстринизацией крахмала, денатурацией белков и образованием пористой структуры экструдата, но и инактивацией антипитательных веществ и практически полной стерилизацией экструдируемого материала.

 

 Горячее экструдирование сравнительно новый технологический процесс обработки пищевых и кормовых продуктов. Его применение позволяет расширить ассортимент и удешевить производство продуктов быстрого приготовления, детского питания, закусок, корма для скота.

 

При холодной экструзии зачастую применяют принудительное охлаждение, а при теплой и горячей – наоборот, принудительный подвод тепла к перерабатываемому материалу извне.

 

Наименее изученным и наиболее перспективным для кормоприготовления является процесс теплой экструзии, позволяющий добиться глубокой переработки полуфабриката при энергосберегающем режиме ведения технологического процесса экструдирования. Экструзионные продукты по структуре разделяются на макро- и микроструктурные. Готовые завтраки, закуски, регуляторы функциональных свойств фаршей (продукты экструзии соевой муки или изолята белков бобов сои) и другие представляют собой продукты пористой макроструктуры.

 

Аналоги мясо- и рыбопродуктов, а также экструдаты входящие в комбинированные продукты, имеют волокнистую макроструктуру. Макаронные изделия быстрой варки, полуфабрикаты для чипсов обладают однородной макроструктурой.

 

Исследования структуры экструдатов, выполненные с помощью методов оптической и электронной микроскопии, показали, что направление ориентации элементов стенок пор и микроволокон в экструдатах соответственно пористой и волокнистой макроструктуры в среднем совпадает с направлением движения экструдируемой смеси в формующей фильере экструдера. Экструдаты пористой и волокнистой макроструктуры характеризуются анизотропной микроструктурой. Когда отсутствует преимущественная ориентация в экструдатах с однородной макроструктурой, то такие продукты имеют изотропную микроструктуру. Это свидетельствует о большом технологическом воздействии на полуфабрикат, которое происходит в экструдерах. Основными компонентами экструзионных продуктов являются белки и крахмалы. Экструдаты с однородной и пористой макроструктурой, как правило, содержат 80 % крахмалов и 10 … 15 % белков, а экструзионные продукты с волокнистой макроструктурой содержат 80 % белков и 10 … 15 % крахмала. Экструдируемые продукты питания, содержащие преимущественно крахмал, могут иметь как изотропную, так и анизотропную микроструктуру, а продукты, основным компонентом которых являются белки, анизотропную микроструктуру.

 

В процессе экструзионной обработки перерабатываемый материал подвергается целому ряду фазовых превращений из хрупкого стеклообразного состояния в высоко-эластичное и затем в вязко-текучее.

Функциональные свойства экструзионных продуктов определены  параметрами экструзионного сырья и параметрами процесса экструдирования. Эти зависимости  достаточно сложные, и изучение влияния каждого из этих параметров на функциональные свойства является достаточно трудоемким, поэтому в последнее время при разработке новых рецептур экструзионных продуктов широко используются системные методы. Установлено, что функциональные свойства экструзионных продуктов определены переданной полуфабрикату удельной механической и тепловой энергией, а также временем пребывания частиц экструдируемого сырья в канале экструдера. В свою очередь, эти параметры зависят от параметров процесса – производительности экструдера, угловой скорости шнеков и их геометрии, размеров структурирующих фильер, температуры проведения процесса, влажности экструдируемого сырья, его химического и гранулометрического состава. Параметры процесса либо задаются конструкцией экструдера, либо легко контролируются как в период проведения процесса, так и на стадии подготовки сырья. Были установлены значимые функции насыпной массы и индекса расширения от параметров процесса: влажности экструдируемого сырья, максимальной температуры проведения процесса экструдирования, степени сжатия материала шнеком, диаметра фильеры. Анализ физико-химических процессов, происходящих при экструзии биополимеров показывает, что такие параметры, как влажность и максимальная температура экструдируемого сырья, после их определения на основе методов оптимизации можно непосредственно перенести с лабораторного на промышленный экструдер. С другой стороны, диаметр фильеры, степень сжатия, угловую скорость шнека, перенести с лабораторного на промышленный экструдер сложно, так как это влечет значительные изменения параметров процесса.

 

Важным технологическим параметром экструзии является продолжительность обработки материала. Процесс также зависит от режима загрузки сырья, частоты вращения шнеков, влажности обрабатываемой массы, характеристик сырья, конструкции шнековых элементов и размера отверстий матрицы. Учет этих параметров позволил предложить метод определения оптимального режима экструзии.

При получении взорванных продуктов путем экструзии процесс варки происходит в экструдере с низкой скоростью сдвига – это гарантирует выполнение процесса варки, избегая повышенных механических воздействий на крахмальные гранулы в зерне. Из изложенного следует, что экструдирование может быть выбрано в качестве центра технологической системы приготовления кормов.

Вышеназванные разработки проводились на выпускающих кафедрах факультета прикладной биотехнологии и инженерии и для их проведения привлекались студенты четвертых и пятых курсов.

 

 

Егорова М.А., Коротков В.Г.

Оренбургский государственный университет, г. Оренбург

 

г. Волгоград,

ул. Богомольца, д. 9

8(800)775-10-61

7(917)330-46-41

Продвижение wr34.ru

Разработка webregion34.ru