eksp2

—JjfflfijOLOGIA

Wypiek w piecu taśmowym, opalanym gazem, trwa 10-12 min. Po wypieku piaty pieczywa za pomocą specjalnych szczotek są oczyszczane z nadmiaru mąki podsypkowej. Schładzanie piatów odbywa się na przenośniku siatkowym. Po jego opuszczeniu piaty są sortowane i układane w przedziałach podajnika urządzenia krającego. Zestaw pil tarczowych obcina brzegi płatów i dzieli je na kromki 120 x 60 mm. Za pomocą przenośnika, na którym odbywa się ponowne sortowanie, kromki wędrują do maszyny pakującej [8, 9].

Metoda gorącej ekstruzji

Pozyskiwanie żywności metodą ekstruzji należy do najbardziej nowoczesnych technologii w przetwórstwie produktów zbożowych.

Technologie produkcji chleba płaskiego chrupkiego są realizowane głównie w ekstruderach dwuślimakowych, stanowiących podstawowe ogniwo linii produkcyjnej [1, 10, 12, 20, 25], Schemat linii technologicznej do produkcji chleba chrupkiego przedstawiono na rys. 1. Eks-truder dwuślimakowy posiada układ plastyfikujący zbudowany z cylindra, w którym obracają się przeciwbieżnie lub współbieżnie dwa zazębiające się wzajemnie ślimaki o zróżnicowanej geometrii. Na końcu cylinder wyposażony jest w specjalną głowicę formującą produkt w postaci wstęgi, która podawana jest do urządzenia konfekcjonującego, gdzie jest ostatecznie formowana na walcach i obcinana na określoną długość (płaskie tabliczki).

Surowiec jednoskładnikowy lub mieszanka (odpowiednio rozdrobniony, np. mąka) podawany jest równomiernie do cylindra specjalnym dozownikiem. W aparacie w poszczególnych etapach procesu ekstruzji utrzymywana jest odpowiednia temperatura w zależności od wymagań technologicznych.

Zainstalowana moc urządzeń napędowych i grzewczych niewielkiego ekstrudera wynosi ok. 40 kW. Wydajność produkcji 150-200 kg/h, w zależności od zastosowanego składu surowcowego i przyjętych warunków obróbki [10, 15, 25].

Zastosowanie nowej generacji ekstruderów dwuślimakowych pozwala osiągnąć wyższe ciśnienia podczas wytłaczania i bardziej równomierne podawanie mieszaniny podczas jej teksturowania. Umożliwia to stosowanie niższej temperatury podczas ekstruzji i teksturowanie mas bardziej uwodnionych, co z kolei ułatwia wprowadzenie większych ilości białka do produktu [18].

Ekstrudery

Ekstrudery składają się z trzech podstawowych funkcjonalnych części: jednostki napędowej z elementami sterującymi, korpusu ekstru-zyjnego i urządzenia tnącego lub mieszającego, które rozrywając materiał ekstrudowany, powodują lepsze mieszanie oraz sprzyjają zamianie energii mechanicznej w cieplną [2, 5].

Najważniejszą częścią urządzenia jest korpus ekstruzyjny z systemem ślimakowym. Korpus można podzielić na trzy strefy spełniające różne funkcje technologiczne: kondycjonowania, plastyfikacji i wytłaczania (rys. 2).

W sekcji kondycjonowania następuje mieszanie i nawilżanie surowca. Małe siły ścinające nie powodują tworzenia się nowych właściwości. Następuje również ogrzewanie i kleikowanie skrobi.

W sekcji plastyfikacji, pod wpływem ciepła i sił ścinających, następuje upłynnienie materiału. Występują tu głównie przemiany konfor-macyjne makromolekuł, silne ścinanie powoduje zamianę energii mechanicznej w ciepło.

W strefie plastyfikacji występują dwa przepływy masy:

■- przepływ wywołany ślimakiem, proporcjonalny do jego obrotów i nachylenia zwojów. Poszczególne cząstki poruszają się po linii swobodnej. Największa prędkość występuje na brzegach ślimaka, a najmniejsza przy jego rdzeniu;

>• przepływ wsteczny wywołany różnicą ciśnienia przy dyszy i na początku strefy plastyfikacji. Występuje on w przestrzeni między ślimakiem a powierzchnią cylindra. W rezultacie przy małych prędkościach przepływu występują bardzo duże sity ścinające. Siły te mogą rozrywać makromolekuly. Fragmentacja może uniemożliwiać sieciowanie i tworzenie odpowiedniej tekstury, dlatego musi być kontrolowana, głównie przez dobór parametrów pracy i kształt dyszy oraz prędkość przepływu materiału przez nią.

W sekcji wytłaczania dysza i jej kształt decydują o kształcie produktu i jego strukturze. Np. dysza stożkowa lub z wkładką teflonową dają gładką powierzchnię wyrobu bardziej wytrzymałą na działanie sił niż wnętrze. Ważną jest prędkość ścinania w dyszy. Im jest ona większa, tym struktura drobniejsza, a tekstura delikatniejsza.

Dostępne obecnie ekstrudery w zależności od konstrukcji dzielą się

na:

•    ekstrudery jednoślimakowe,

■ ekstrudery dwuślimakowe,

•    ekstrudery z napędem planetarnym [2,5).

Ekstrudery dwuślimakowe stanowią rozwiązanie bardziej uniwersalne, dające możliwość przetwarzania większej gamy surowców. W tych ekstruderach mogą być poddawane ekstruzji surowce o malej ciągli-wości, jak mąka i produkty lepkie, które nie mogą być przerabiane w ekstruderach jednoślimakowych.

W zależności od kierunku obrotów rozróżniamy ekstrudery dwuślimakowe o obrotach zgodnych i o obrotach przeciwnych, a w zależności od sposobu współpracy ślimaków - systemy nie zazębiające się, częściowo zazębiające się i zazębiające się całkowicie.

W ekstruderach dwuślimakowych mechanizm przesuwania surowca od wlotu do wylotu polega na ślizganiu się surowca po powierzchni ślimaka. W ekstruderach dwuślimakowych o zgodnych obrotach ślimaków, w których ślimaki zazębiają się, surowiec nie przylega do żadnego

Przemysł Spożywczy 1/2002

czas ekstruzji (S)

Rys. 3. Charakterystyka zmian temperatury podczas gorącej ekstruzji [2]

7.e ślimaków. Wzajemne działanie ślimaków, uniemożliwiające zaleganie surowca w ekstruderze, jest wynikiem odpowiedniej konfiguracji zwojów ślimaka. Nie wszystkie produkty i procesy ekstruzji wymagają jednakowej konfiguracji zwojów ślimaka [5, 18, 20].

Poszczególne strefy funkcjonalne ekstruderów dwuślimakowych zbudowane są z segmentów. Można je niezależnie chłodzić, ogrzewać czy odpowietrzać, dlatego ekstruder dwuślimakowy ma kilka stref ogrzewania i chłodzenia. Optymalnym rozwiązaniem są ślimaki składane z krótkich pojedynczych części, które mają różny skok gwintu i różną głębokość gwintu. Długość ślimaków wynosi do 20 i więcej średnic [20]. Zaletą takiej konstrukcji jest możliwość instalowania pomiędzy pojedyncze elementy ślimaków dodatkowych elementów mieszających o różnych profilach, co zdecydowanie polepsza homogenizację materiału [2], zmniejsza prędkość przesuwania się surowca w kierunku wylotu ekstrudera, a także intensyfikuje zamianę energii mechanicznej w cieplną [5].

Zakończenie ostatniego elementu w ekstruderach dwuślimakowych ma kształt stożka. Dzięki temu zmienia się intensywność działania sił tnących na surowiec. Siły ścinające rosną, gdy rośnie średnica ślimaka oraz jego prędkość obrotowa, a maleją ze wzrostem głębokości zwojów [2, 5, 18],

Dwuślimakowe ekstrudery mają wiele zalet. Najważniejsze z nich:

-    niezależność od granulacji surowca,

-    pewność i płynność działania przy mniejszym niż 100% napełnieniu ekstrudera materiałem,

-    możliwość oddzielnego dozowania większej ilości składników przy zapewnieniu jednorodności przetwarzanej masy,

łatwe ustalenie parametrów technologicznych,

>    możliwość zmiany receptury również w czasie produkcji,

>    możliwość optymalizacji procesu dla danego rodzaju surowca i wyrobu,

■- możliwość obróbki materiału ze składnikami termolabilnymi, np. witaminami itp. [2],

Przemiany zachodzące w procesie ekstruzji Przemiany fizyczne

Substancje skrobiowe i białkowe o stosunkowo niskiej wilgotności (10-25%) poddawane są krótkotrwałemu oddziaływaniu wysokiej temperatury (rys. 3) i wysokiego ciśnienia (5-15 MPa), przy współudziale sił ścinania.

Najczęściej wykorzystywanym technologicznym efektem jest gwat-towna ekspansja przegrzanej pary. do której dochodzi w całej masie ekstrudowanego materiału przy wyjściu z matrycy ekstrudera [4, 13, 15, 25]. W wyniku nagłego spadku ciśnienia i gwałtownego odparowania wody produkt uzyskuje typową porowatą strukturę oraz teksturę i właściwości organoleptyczne charakterystyczne dla ekstrudowanych produktów spożywczych.

Wielkość ekspandowania zależy od warunków procesu ekstruzji (temperatury, liczby obrotów ślimaka), składu surowca i jego wilgotności i może przybierać postać ekspandowania promieniowego lub wzdłużnego. Ponadto wielkość ekspandowania objętościowego zależy od intensywności odparowania wody i właściwości upłynnionej skrobi [4], W przestrzeni ślimaka i w dyszy wyystępuje przepływ laminamy. Siły ścinające powodują, że duże molekuły (skrobia i białka) układają się wzdłuż linii prądu. Centra aktywne zostają wystawione na zewnątrz i ulegają sieciowieniu. Powstaje nowa struktura, która ostatecznie kreuje chrupkość i porowatość.

W ciągu krótkiego czasu (5-270 s), w jakim materiał przebywa w ekstruderze, uzyskiwany jest efekt osiągany w tradycyjnych operacjach po wielokrotnie dłuższym czasie, liczonym nawet w godzinach

[2, 5], Proces ten ma na celu wytworzenie produktu objętościowego, chrupiącego [2, 11],

Przemiany chemiczne

Ekstruzja surowców zbożowych zawierających skrobię, białka i tłuszcze powoduje występowanie pewnych zmian w obrębie tych składników.

Pod wpływem wysokiej temperatury i zwiększonego ciśnienia obserwuje się zmiany w konformacji cząsteczek białka [17]. Rozpadowi ulega trzecio- i czwartorzędowa struktura białek o wysokich ciężarach cząsteczkowych, powstają nowe układy strukturalne stabilizowane przez wiązania wodorowe i mostki dwusiarczkowe. Podczas ekstruzji białka mogą one zmienić strukturę na włóknistą. Proces ekstruzji nie zmniejsza strawności i wykorzystania białek przez organizm ludzki, chociaż przy stosowaniu bardzo wysokiej temperatury może nastąpić utlenienie i desulfuryzacja aminokwasów siarkowych.

W przypadku obecności w ekstrudowanym surowcu dużych ilości cukrów redukujących następuje częściowe zmniejszenie dostępności lizyny. Ilościowo straty te są porównywalne ze zmianami powodowanymi przez innego rodzaju obróbkę termiczną, np. smażenie, pieczenie czy prażenie [14].

W ekstruderze dwuślimakowym temperatura, wilgotność i liczba obrotów ślimaka decydują w 90% o warunkach żelowania. Przy wysokiej temperaturze i dużej wilgotności następuje hydroliza skrobi. Stwierdza się obecność maltozy i innych oligosacharydów o niskiej masie molowej.

Stopień żelowania zależny jest od rodzaju surowca, zawartości wody i parametrów pracy ekstrudera, głównie temperatury. W porównaniu z produktem wyjściowym ekstrudat zawiera większą ilość łatwo przyswajalnych niskocząsteczkowych węglowodanów, powstałych w wyniku żelowania skrobi [14, 17].

W przypadku ekstrudowania surowców zawierających tłuszcze część skrobi tworzy kompleksowe połączenia z tłuszczem. Powstałe związki są mniej podatne na trawienie enzymami amylolitycznymi przewodu pokarmowego, w związku z czym powiększają ilość błonnika pokarmowego zawartego w ekstrudowanym pieczywie. Tworzące się podczas ekstruzji kompleksy substancji tłuszczowych z białkami i węglowodanami charakteryzują się większą odpornością na utlenianie podczas przechowywania [14].    ^

m

Przemyśl Spożywczy 1/2002