Экструзия зерна и бобовых (технологический процесс)

Экструзия зерна и бобовых (технологический процесс)

История

Первые экструдеры для зерна и бобовых начали применяться в США в середине 1960-х годов. В СССР экструдеры для зерна и бобовых выпускал Куйбышевский завод аэродромного оборудования с 1970-х годов. Ранее отечественной промышленностью для производства комбикормов выпускались две основные модели экструдеров — это ПЭК-125х8 производительностью до 600 кг/ч и КМЗ-2М производительностью до 500 кг/ч. Экструдер ПЭК-125х8 был также оснащен электронагревателем рабочей части. За время существования экструзионных технологий появилось большое разнообразие конструкций машин для их реализации.

Описание процесса

Принцип действия, конструкция экструдеров.

Экструзия — кратковременный высокотемпературный процесс, который с успехом применяется как в пищевой так и в комбикормовой промышленностях.

Принцип действия экструдеров определяется самой сутью технологического процесса экструзии.

Экструзия — сложный физико-химический процесс, который протекает под действием механических усилий при условии присутствия влаги и высокотемпературного воздействия.

Перерабатываемый продукт нагревается за счет превращения механической энергии в тепло, которое выделяется при преодолении внутреннего трения и пластической деформации продукта (автогенный режим работы) или за счет внешнего нагрева (политронный режим работы).

Сменными параметрами процесса экструзионной обработки есть состав сырья, его природа, влажность. В процессе экструзии возможны изменения температуры, давления, продолжительности и интенсивности воздействия на сырье. Известны три основных метода экструзии — это холодная формовка, тепловая обработка и формовка и так называемая «горячая» экструзия.

В последнее время широкое распространение получил метод «горячей» экструзии, который осуществляется при высоких скоростях и давлении, при значительном переходе механической энергии в тепловую.

Принцип действия и конструкция экструдеров

Для реализации процесса экструзии применяется шнековый экструдер, основным рабочим органом которого является шнек специальной конструкции вращающийся в цилиндрическом корпусе. На выходе из корпуса установлена формообразующая матрица.

Характерными особенностями конструкции рабочей части экструдера есть то, что камеры и шнеки смонтированы в соответствии с поставленными технологическими задачами. Отличают загрузочную камеру, в которую вводится сырье и различные добавки, закрытые камеры с отверстиями для измерения температуры и давления, а также для ввода жидких добавок и отбора проб. На шнеки могут устанавливаться различные элементы, что дает возможность создавать дополнительное сопротивление перемещению продукта и перемешивать его в процессе перемещения.

Рабочую часть экструдера с учетом стадий процесса обработки можно условно разделить на три зоны:

• I — зона приема сырья;
• II — зона пластификации и сжатия ;
• III — зона выпрессовывания продукта .

Существует целый ряд конструкций рабочей части шнековых экструдеров:

• Одинарные шнеки, в том числе:

• • цилиндрический шнек с постоянным шагом;
  • цилиндрический шнек с переменным шагом;
  • наличие винтовой линии в кожухе шнека;
  • конический шнек;
  • конический шнек с шагом, что уменьшается к выходу из экструдера.

• Сдвоенные шнеки, что не входят в зацепление в том числе:

• • шнеки, что вращаются в одном направлении;
  • шнеки, что вращаются в разные направления.

• Сдвоенные шнеки, что входят в зацепление в том числе:

• • шнеки, что вращаются в одном направлении и самоочищаются;
  • шнеки, что вращаются в разные направления и частично самоочищаются.

Принцип действия экструдеров состоит в том, что в частицах зерна, размещенных в закрытой камере, при нагревании за счет испарений влаги, что имеется в них, возрастает внутренне давление. Мгновенная разгерметизация камеры приводит к расширению паровоздушной смеси и вызывает увеличение объема частиц зерна.

Рабочая часть указанных экструдеров состоит из набора шнеков, между которыми в определенной последовательности размещены подпорные шайбы, набор шнеков и шайб крепится на шпильке с помощью болта с конусной головкой. Внутренняя поверхность кожуха рабочей части имеет продольные каналы, исключающие вращение продукта в процессе его перемещения. На выходе кожуха встроена обычно конусная гайка с отверстием. Температура перерабатываемого продукта регулируется изменением зазора между конусами болта крепления шнеков и выходной гайки, или изменением диаметра выходного отверстия.

Различные модели экструдеров отличаются конструктивным исполнением элементов, входящих в рабочую часть, количеством рабочих камер, наличием дополнительных систем расширяющих технологические возможности экструдеров, конструкцией питателей, приводов и т. д. Цилиндрическая форма рабочей части является наиболее технологичной в изготовлении, и следовательно, имеет более низкую себестоимость.

Современные конструкции экструдеров реализуют как технологию сухой экструзии, именуемую так тому, что экструдирование происходит при помощи тепла, которое выделяется в процессе прохождения продукта через рабочую часть экструдера, так и возможность использования при экструдировании пара. Для этого экструдер оснащается камерой предварительной обработки сырья паром (кондиционером). Использование пара удваивает производительность и уменьшает износ рабочих частей экструдера.

Процесс сухой экструзии занимает менее 30 секунд. За это время сырье успевает пройти измельчение, смешивание, тепловую обработку, обеззараживание, обезвоживание, стабилизацию и увеличение объема.

Применение

В комбикормовой промышленности, в основном, нашли применение одношнековые экструдеры с цилиндрической формой шнека с постоянным шагом. В пищевой промышленности, при производстве продуктов быстрого приготовления, снеков и т. п. в основном используются двухшнековые экструдеры

Экструзионная технология переработки бобов сои

Семена сои содержат 30-40 % протеина и до 20 % жира. Однако в сыром виде соя в кормоприготовлении не применяется из-за низкой переварваемости, обусловленной антипитательными веществами, большинство из которых имеют белковую природу. Это — ингибиторы протеазы, гемагглютенины, сапонины, ферменты липаза, липооксидаза и др.

Среди антипитательных веществ сои доминирующим является ингибитор трипсина, концентрация которого превышает 20 мг/г. Максимально допустимый уровень ингибитора трипсина зависит от содержания белка. Считается, что на каждые 10 % белка должно приходиться не более 1 мг/г ингибитора трипсина. Методики определения активности ингибитора трипсина очень трудоемки и длительны, поэтому их используют в основном в научных исследованиях.

На практике для оценки содержания антипитательных веществ в сое применяется косвенный показатель — активность фермента уреазы, которая при тепловой обработке теряет свою активность, как и большинство антипитательных веществ. Установлено, что при активности уреазы 0,1-0,3 ед.рН, основные антипитательные вещества сои инактивируются до безопасного уровня. До применения экструзии на кормовые цели использовали лишь белковую фракцию сои, получаемую после экстракции масла.

Соя после обработки на экструдерах имеет крупчатую структуру. Размер частиц (менее 5 мм) характеризует ее как вполне технологичный продукт, который без дополнительной подработки можно использовать в производстве комбикормов и различных добавок.

С помощью экструзионных технологий из сои возможно получить:

• экструдированная соя — продукт переработки бобов сои с целью обезвреживания веществ, вредных для людей и животных. Используется как комбикорм или сырье для остальных соевых продуктов пищевых, комбикормовых и технических.

• соевое масло используется само по себе, а также при производстве маргарина и майонеза. В соевом масле много насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, в частности линолевая кислота, не синтезирующаяся в организме и поступающая исключительно с пищей.

• соевый шрот с содержанием жиров до 8 %, используется как комбикорм

• из соевого изолята (текстурата), получаемого в результате очищения бобов от небелковой фракции, делают «вегетарианское мясо». Содержание белка в нем — до 90 %. Изолят тоже используют как добавку в колбасах и паштетах. В том числе, и на его основе делают соевое молоко — продукт подчас спасительный для тех, у кого аллергия на коровье молоко. Дело в том, что в сое нет лактозы, главной виновницы его непереносимости.

Экструзия зерна

Зерно различных видов экструдируют для того, чтобы облегчить процесс перевариваемости этого корма в желудке животного. Фактически, в экструдере под давлением и высокой температурой происходит преобразование сложных молекулярных компонентов клетки корма в более простые (в легче отдающие свою энергию).

Экструзия бобовых

Бобовые различных видов экструдируют для того, чтобы облегчить процесс перевариваемости этого корма в желудке животного. Фактически, в экструдере под давлением и высокой температурой происходит преобразование сложных молекулярных компонентов клетки корма в более простые (в легче отдающие свою энергию). Кроме того, бобовые культуры являются источником растительных белков, которые могут быть заменены только дорогими — животного происхождения.

Оптимальная влажность сырья:

Продукт	Диапазон, %
кукуруза	14,3…15,3
пшеница	14,5…15,
ячмень	14,5…15,5,
горох	15,5…16,5,
соя	10,0…12,0,

Ссылки

Международная конференция по экструзионным технологиям