Ingineria și managementul procesării si păstrării produselor agroalimentare [305293]

UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCUREȘTI

FACULTATEA DE INGINERIA SISTEMELOR BIOTEHNICE

Ingineria și managementul procesării si păstrării produselor agroalimentare

TEHNOLOGIA DE OBȚINERE A SNACKSURILOR EXTRUDATE

Coordonator Științific:

Prof.dr.ing. Gheorghe VOICU

Masterand: [anonimizat]2016-

Cuprins

Introducere. Extrudarea în industria alimentară………………………………………………3

Generalități despre extrudare în industria alimentară…………..…………………………3

Extruderul –utilajul în care are loc extrudarea. Componente. Mod general de funcționare. Clasificare…………………………………………………………………………………4

[anonimizat]…………………………………7

Procesul tehnologic de obtinere a snacksurilor extrudate……………………………………11

Diagrama flux obținere snacksuri extrudate……………………………………………..11

Schema fluxului tehnologic de obținere a snacksurilor extrudate……………………….13

Recepția materiilor prime și auxiliare……………………………………………13

Depozitarea materiilor prime și auxiliare………………………………………..15

Dozarea materiilor prime și auxiliare……………………………………………15

Mixarea materiilor prime și auxiliare……………………………………………16

Extrudarea si tăierea……………………………………………………………..21

Coacerea…………………………………………………………………………35

Aromatizarea…………………………………………………………………….41

Ambalarea si depozitarea………………………………………………………..47

Verificarea calității……………………………………………………………………………………………………54

Verificarea calității produsului extrudat…………………………………………………………………54

Verificarea calității ambalajului…………………………………………………………………………….56

Concluzii…………………………………………………………………………………………58

Bibliografie………………………………………………………………………………………59

1.Introducere. Extrudarea în industria alimentară

1.1. [anonimizat], a devenit în ultimele 2 decenii o tehnologie foarte întâlnită și în industria alimentară dintr-o multitudine de motive:

-varietatea produselor obținute; [anonimizat];

-costurile de producție mici față de alte procedee de formare;

-[anonimizat];

-calitatea produsului finit; extrudarea în această industrie implică aplicarea de temperaturi ridicate pentru o perioadă scurtă de timp(HTST), denaturarea componentelor alimentului fiind limitată;

-este o [anonimizat].

Cele mai cunoscute produse alimentare obținute prin extrudare sunt:

-[anonimizat] ([anonimizat]);

-pelete, paste;

-[anonimizat], concentrate pentru animale;

-pesmet, crutoane;

-[anonimizat];

-diverse produse farmaceutice;

-[anonimizat], [anonimizat];

Fig. 1.1: Produse alimentare obținute prin extrudare [1]

Principiul de obținere a acestor produse este similar: amestecul de materii prime(pulverulente, păstoase sau lichide), [anonimizat]. Produsele extrudate sunt rezultatul unor efecte conjugate de forfecare, temperatură și presiune care se exercită asupra materiilor prime.

1.2. Extruderul –utilajul în care are loc extrudarea. Componente. Mod general de funcționare. Clasificare.

Utilajul în care loc extrudarea este extruderul(fig.1.2). Principalele părti componente ale acestuia sunt cămașa (corpul șnecului), șnecul, capul de extudare, cuțitul de decupare și motoreductorul. Cămașa este prevazută cu manta, care permite încălzirea sau răcirea extruderului. Șnecurile pot fi de diverse tipuri.

Fig. 1.2: Extruder cu un singur șnec[2]

1-motor electric, 2-cuvă alimentare, 3-manta de răcire, 4-termocuplă, 5-melc(șnec), 6-cămașă, 7-manta de încălzire, 8-cap extrudare, 9-matriță, 10-cuțit.

I-zona de alimentare / transport, II-zona de plastifiere / topire, III-zona de pompare

Prin cuva de alimentare se realizează alimentarea utilajului cu amestecul de materii prime. Este important ca alimentarea să fie constantă si neîntreruptă pentru o funcționare eficientă si uniformă a extruderului.

După alimentare, amestecul parcurge cele 3 zone ale extruderului:

-zona I, de alimentare: se lucrează la presiune atmosferică; au loc preluarea materialului și transportul acestuia; în această zonă, amestecul de materii prime este omogenizat și aerul este eliminat din material; nu au loc alte transformări ale materialului.

-zona II, de plastifiere sau topire: se lucrează la presiuni joase si medii; au loc creșterea temperaturii și plastifierea materialului; au loc cele mai importante transformări fizico-chimice ale materiilor prime;

-zona III, de pompare: se lucrează la presiuni și temperaturi maxime; materialul cu proprietăți reologice modificate este împins în continuare către capul de extrudare.

Șnecul este cel mai important component al extruderului, influențând în mod direct denaturarea și transformarea amestecului, calitatea produsului final. Poate fi compus dintr-o singură piesă sau din mai multe, de diverse forme. Șnecul este dispus în cămașa care poate fi cu sau fără manta.

Prin intermediul matriței produsul capătă forma dorită dar cresc și presiunile interne prin rezistența opusă la curgerea acestuia. Matrițele pot avea diverse forme și numere de orificii.

Sistemul de tăiere permite obținerea de produse cu dimensiuni uniforme. Cuțitele pot fi orizontale sau verticale. Dimensiunile produsului sunt reglate în funcție de viteza de rotație a cuțitului.

Extruderele se pot clasifica, în funcție de mai multe criterii:

-după sistemul de încălzire pot fi:

-autogenice, adiabate, încălzirea făcandu-se în urma rotirii melcului la viteză ridicată, prin frecarea particulelor de material;

-izoterme, cu sisteme de încălzire (manta cu apă, rezistențe electrie, etc.);

-politropice, care îmbină cele două tipuri de încălzire de mai sus. De acest fel sunt majoritatea extruderelor industriale;

-după intensitatea eforturilor de forfecare pot fi:

-extrudere care funcționează la eforturi de forfecare mici, se folosesc la produse finite cu un grad mare de umiditate(aluaturi semipreparate, hrană animale);

-extrudere care funcționează la eforturi de forfecare mari, extruderele HTST;

-după modul de operare:

-extrudere cu funcționare la rece;

-extrudere cu funcționare la cald;

-după construcția ansamblului șnec-cămașă (fig.1.3)

-ca un corp individual

-ca două corpuri individuale

Fig. 1.3 Tipuri de extrudere în funcție de ansmablul șnec-cămașă[3]

-după numărul de șnecuri:

-cu un singur șnec care conțin un singur șnec rotativ în cămașă, au diverse forme constructive. De obicei, au pas constant. Partea de început a melcului preia amestecul, îl transportă către zona a doua, unde volumul se micșorează, presiunea crește. O mare parte din energia mecanică din aceasta zonă se transformă în căldură, temperatura crește. Materialul începe să-și schimbe proprietățile reologice, devenind gelatinizat. Este transportat mai departe către capul de extrudare.

Fig. 1.4: Extruder cu un singur șnec[4]

-cu 2 șnecuri care conțin 2 șnecuri în aceeași cămașă. Acest tip de extrudere este puțin utilizat în industria alimentară deoarece proteinele suferă o denaturare avansată.

Fig. 1.5: Extruder cu 2 șnecuri [4]

1-elemente transport, 2-elemente mixare, 3-elemente duble antrenare, 4-elemente compresie.

-cu mai multe șnecuri

Ȋn tabelul 1.1 sunt prezentate diferențele dintre extruderele cu un singur șnec și cele cu două șnecuri.

Tabel 1.1: Diferențe între extruder cu 1 șnec și extruder cu 2 șnecuri[5]

Modificări fizico-chimice care apar în timpul extrudării

Cele mai folosite materii prime în procesul de extrudare sunt materiile cu un conținut mare de amidon sau proteine. Structura produselor extrudate poate fi alcatuită din amidon si polimeri proteici. Majoritatea produselor, precum cerealele mic-dejun, snacksurile și biscuitii sunt pe bază de amidon în timp ce proteinele sunt folosite pentru a înlocui carnea în diverse produse alimentare.

Principalele schimbări care apar in timpul extrudării sunt:

-modificări ale amidonului;

-modificări ale proteinelor;

-modificări ale lipidelor;

-modificări ale fibrelor.

Ȋn general modificările chimice sau fizico-chimice care apar includ reacții de legare, de rupere, pierderea conformației native, fragmentări, recombinări, denaturări termice. Structura unui produs extrudat este creată prin formarea din polimeri a unui fluid cu bule în care se înglobează vapori de apă, rezultând astfel o spumă. Bulele cresc în dimensiune iar apa este rapid eliberată la presiune atmosferică.

-Modificări ale carbohidraților și amidonului

Tuberculii amidonoși și cerealele asigură sațietatea și o parte importantă din energie în cadrul dietelor. Zaharurile asigură gustul de dulce și sunt implicate în numeroase reacții chimice care au loc în timpul extrudării. Controlul carbohidraților în timpul extrudării este critic pentru calitatea senzorială si nutrițională a produsului. Condițiile de extrudare și materiile prime trebuie selectate cu grijă pentru a se obține rezultatele dorite.

Temperatura, forfecarea și presiunea sunt direct proporționale cu gradul de gelatinizare. Cu cât acestea cresc, cu atât crește și gelatinizarea. De asemenea, gelatinizarea este influențată de prezența altor componente, cum ar fi lipidele, zaharoza, fibre și săruri. Este posibil ca gelatinizarea să nu aibă loc în totalitate, însa cu toate acestea digestibilitatea produsului este îmbunătățită.

Ȋn timpul extrudării, moleculele de amidon sunt supuse forfecării în extruder. Masa moleculară este redusă atât pentru amiloză cât și pentru amilopectină. La porumbul cu lanțurile de amilopectină cele mai lungi s-a observat cea mai mare reducere a masei moleculare. Configurația melcului poate fi special construită pentru a asigura o distrugere minimă sau maximă a amidonului.

Amidonul ușor digerabil asigură o creștere rapidă a zahărului în sânge și a nivelului de insulină după mese. Aceste creșteri pot conduce la insensibilitate la insulină sau debut de diabet la adulți.

Condițiile de extrudare pot fi controlate pentru a produce amidon care să nu reacționeze cu celelalte componente; pe măsură ce lanțurile de amiloză si amilopectină sunt tăiate în moleculă, ele ar putea reacționa cu alți carbohidrați formând noi compuși pe care enzimele corpului uman nu le pot transforma. De exemplu adăugarea de acid citric în proces asigură obținerea de amidon rezistent și fibre. Alt exemplu este adăugarea de fibre de celuloză, prin aceasta metodă solubilitatea amidonului fiind scăzută.

Gelatinizarea amidonului este modificarea cea mai însemnata care apare. Amidonul este cea mai importantă substanță glucidică din alimente. Amidonul nativ din cereale și semințe, materii prime vegetale, se prezintă sub formă de granule ovale, sferice și poligonale. Dimensiunile granulelor de amidon variază în limitele 2-150 μm. Amidonul este o homopoliglucidă formată din două fracțiuni macromoleculare, amiloză și amilopectină. Formula generală a amidonului ( C6H10O5)n.

Granula de amidon prezintă o structură sferocristalină concentrică, cu macromoleculele orientate radial în direcția nucleului. Fragmentele amilozei și amilopectinei sunt paralele și unite între ele prin legături de hidrogen, ce asigură reținerea  și stabilitatea macromoleculelor. În granulele de amidon conținutul în amiloză constituie 10-30 % și conținutul în amilopectină 70-90 %.

Polizaharidele amidonului sunt formate din resturi de glucoză legate între ele prin legături α-1,4 glicozidice și legături deramificație α-1,6. Structura macromoleculei a amilozei este lineară fără ramificații, sub formă de spirală. Fiecare spiră conține 6 resturi de glucoză. Lanțurile de glucoză sunt unite între ele prin legături α–1,4 glicozidice. ( Fig.1.6). Masa moleculară a amilozei variază dela 50 mii până la 2 milioane.

Fig. 1.6: Schema structurii liniare a fragmentului moleculei de amiloză sub formă de spirală. Legătura α-1,4 glicozidică intre resturile de glucoză in molecula de amiloză [6]

Amilopectina, spre deosebire de amiloză, este formată din fragmentele macromoleculelor ramificate cu legături în punctele de ramificare α–1,6. glicozidice. (Fig.1.7). Lanțurile amilopectinei pot avea diferite numere de ramificații spiralate. Un fragment conține 4-9 spire. Resturile de glucoză în catene sunt unite prin legături glicozidice α-1,4. Masa moleculară a amilopectinei este mai mare de 1 milion.

Fig. 1.7 Schema structurii a fragmentului moleculei de amilopectină ramificată. Legătura α-1,6. glicozidică în punctul de ramificare a catenelor [6]

Rezultă că părțile componente ale amidonului – amiloza și amilopectina se deosebesc între ele prin conținutul lor în granule, structura, masa moleculelor, prin proprietățile fizice și chimice. Toate aceste caracteristici în ansamblu apreciază proprietățile specifice polifuncționale a amidonului.

Din totalitatea proprietăților funcționale a amidonului cele mai importante sunt următoarele:

-capacitatea de gelatinizare și legarea apei libere în compoziții alimentare;

-capacitatea de gelificare; formarea structurii reologică a alimentelor;

-hidroliza amidonului cu formarea compușilor cu gust dulce;

-valoarea fiziologică a amidonului în nutriție – sursă importantă de substanțe plastice și de energie;

– proprietățile polifuncționale ale amidonului modificat.

Amidonul nativ sub formă de granule manifestă capacitatea de hidratare care poate fi apreciată ca una din proprietățile funcționale importante. Celelalte proprietăți funcționale ale amidonului sunt legate de descompunerea granulelor in urma tratamentului tehnologic prin metode fizico-chimice, chimice, biochimice. Prin descompunerea granulelor de amidon se desfac legăturile între macromoleculele de amiloză și amilopectină.

Inițierea descompunerii granulelor de amidon se desfășoară în mediul apos la temperatura de 45-58șC.

Inițial o cantitate de apă se îmbibă și pătrunde in interiorul granulelor. Volumul granulelor crește însă integritatea lor se păstrează datorită forțelor de atracție intre macromoleculele de amiloză și amilopectină. Cu creșterea temperaturii amidonul continuă se absoarbă apa, granulele se umflă și pierd conturul lor .Prin urmare structura internă a granulelor se distruge, macromoleculele de amiloză și amilopectină se hidratează, vascozitatea mediului crește la un nivel maximal.

Descompunerea granulelor de amidon prin tratament termic în medii apoase, urmată de hidratarea amilozei și amilopectinei, se numește gelatinizarea amidonului. Ȋn urma gelatinizării se formează o compoziție omogenă cu vâscozitate foarte mare. De exemplu, 5-7 grame de amidon gelatinizat, prin hidratarea amilozei și amilopectinei, leagă 95-97 grame de apă. Gelatinizarea amidonului depinde de mai mulți factori. Activitatea redusă a apei conduce la gelatinizarea limitată a amidonului. De asemenea, in soluții cu concentrația ridicată de zaharoză viteza de gelatinizare scade. Aciditatea(pH 4-7) practic nu influențează asupra gelatinizării. Viteza maximală a procesului se atinge la pH 10.

Descompunerea granulelor de amidon continuă în jurul temperaturii 60-65șC. Gelatinizarea amidonului este urmată de gelificare. O dată cu creșterea energiei termice un număr tot mai mare de legături de hidrogen între macromoleculele amidonului se desfac. Moleculele a amilozei și amilopectinei se dispersează in apă si se hidratează. La temperaturi scăzute amidonul gelatinizat se transformă în gel omogen. Hidratarea macromoleculelor dispersate este rezultatul orientării legăturilor libere de hidrogen la formarea structurilor stabile de tip macromoleculă-apă. Descompunerea completă a amidonului are loc la temperaturi ridicate de 100-120șC și conduce la formarea soluțiilor coloidale.

Fig. 1.8 Etapele de transformare a amidonului

Extrudarea este unică deoarece gelatinizarea apare la un conținut de umiditate mai mic(12-22%) decât cel necesar în alte operații din industria alimentară. Ȋn figura 1.8 sunt prezentate etapele de transformare a granulelor de amidon in gel.

-Modificări ale proteinelor

Proteinele sunt biopolimeri cu un număr mare de grupări chimice prin comparație cu polizaharidele și deci sunt mai reactive și participă la mai multe transformări în timpul procesului de extrudare. Cea mai importantă reacție la care participă proteinele este denaturarea. Ȋn timpul extrudării legaturile disulfidice se rup și se pot reface. Interacțiunile electrostatice si hidrofobe favorizează formarea unor agregate insolubile. Proteinele cu masa moleculară mare se pot rupe în unități mai mici. Enzimele și de asemenea proteinele iși pierd activitatea în urma procesului de extrudare datorită temperaturilor ridicate si efortului de forfecare.

-Modificări ale lipidelor

Grăsimile și uleiurile sunt lipidele. Aceastea au o mare importanță în procesul de extrudare, îndeplinind funcția de lubrifiant. Ele reduc frecarea dintre particulele amestecului ce se extrudează dar și frecarea dintre cămașa extruderului și amestec.

-Modificări ale fibrelor

De menționat este transformarea fibrelor insolubile în fibre solubile în timpul extrudării. Cauza este ruperea legăturilor covalente si necovalente dintre carbohidrații și proteinele din fibre, rezultând astfel unități moleculare mai mici a căror solubilitate este mai mare.

2.Procesul tehnologic de obținere a snacksurilor extrudate

2.1 Diagrama flux obținere snacksuri extrudate

Fig. 2.1: Diagramă flux obținerea snackurilor extrudate[2]

1 – siloz mălai; 2 – transportor pneumatic; 3 – cuvă colectare, 4 – mixer, 5 – cântar, 6 – instalație condiționare, 7 – extruder, 8 – sistem tăiere, 9 – cuptor (uscător), 10 – ecran, 11 – sistem colectare praf,

12 – sistem aromatizare, 13 – siloz produs finit, 14 – mașină ambalat.

Figura 2.1 prezintă diagrama pentru o instalație standard de producere directă a snacksurilor extrudate. Linia de producție este o variantă simpla.

Ȋn componenta 1 – siloz se depozitează materiile prime ce urmează a fi utilizate. Ȋn lucrarea de față materia primă este mălaiul de porumb. Ȋn alte variante constructive, mălaiul este depozitat în saci dispuși pe paleți în magazii speciale.

Urmează etapa de amestecare a mălaiului cu restul ingredientelor, în mixerul 4, după care amestecul este cântărit. Ȋn următoarea fază amestecul este condiționat daca este cazul. Prin condiționare se înțelege de cele mai multe ori ajustarea conținutului de umiditate a amestecului.

Mai departe, amestecul este trecut prin extruderul 7 și tăiat cu ajutorul sistemului de tăiere 8. Pentru uscare, produsul trece prin cuptorul 8, după care ajunge în tobele de aromatizare 12, unde este aromatizat cu aroma specifică fiecărui sortiment.

Urmează partea de ambalare a produsului, înainte de care se întalnește un tanc tampon de depozitare a produsului finit. După ce produsul a fost ambalat coresunzător este depozitat în depozitul de produs finit.

Schema fluxului tehnologic de obtinere a snacksurilor extrudate

Fig. 2.2 Schema fluxului tehnologic de obținere a snacksurilor extrudate

Recepția materiilor prime și auxiliare

Reprezintă prima etapă din fluxul tehnologic de obținere a snacksurilor extrudate. La achiziție, materiile prime sunt supuse mai întâi unei recepții calitative, pentru a se constata dacă ele corespund din punct de vedere al calității.

Mălai, însemnând făina de porumb

Se fac, conform STR 437/1989:

analize organoleptice:

-aspectul – produsul trebuie să aibă aspect de făină de porumb, cu particule de diferite dimensiuni. Culoarea gălbuie, cu nuanțe de la alb la portocaliu. De asemenea,

vizual se analizează existența insectelor sau acarienilor.

-gustul – trebuie să fie caracteristic, fără gust străin

-mirosul – trebuie să fie caracteristic, fără miros străin

analize fizico-chimice:

-conținutul de umiditate (max 14,5%) este important pentru a calcula cantitatea de apă ce trebuie adăugată în mixul de mălai. Un conținut de umiditate prea ridicat favorizează dezvoltarea mucegaiurilor în timpul depozitării.

-conținutul de grăsime raportat la substanța uscată (max 1%) este important, dacă acesta este mai mare de 1%, atunci acest lucru va afecta proprietățile de extrudare și expandare ale produsului.

-conținutul de proteine raportat la substanța uscată (min 7%)

-cenușa raportată la substanța uscată (max 1%)

-impurități metalice, sub formă de pulbere și sub formă de așchii lipsă

-granulația este esențial de controlat încă de la începutul procesului. Ȋn situația în care crupele de porumb sunt prea mari, atunci acest lucru ar putea duce la blocarea matrițelor. În situația în care crupele de porumb sunt prea fine, atunci se vor coace prea repede și pentru extruderele cu un singur șnec rata de alimentare poate varia. Particulele de mărimi diferite tind să se separe. Particulele care au aceeași mărime asigură o coacere și o expandare uniformă. Dimensiunile particulelor sunt date în tabel 2.1.

Tabel 2.1 Crupe de porumb – granulația[7]

-conținutul de metale grele, prezentat in tabelul 2.2.

Tabel 2.2 Crupe de porumb – conținut metale grele[7]

-continutul de aflatoxine, prezentat in tabelul 2.3

Tabel 2.3 Crupe de porumb – conținut aflatoxine[7]

analize microbiologice, prezentate in tabelul 2.4

Tabel 2.4 Crupe de porumb, limite analize microbiologice[7]

Apa

Apa este un component indispensabil, jucând un rol important în toate tipurile de procese, biochimice, microbiologice, coloidale care au loc.

Pentru a putea fi utilizată la obținerea produselor alimentare, apa trebuie să respecte anumite condiții. În general se adoptă pentru apă condițiile similare cu aprecierea calității apei potabile. Caracteristicile apei potabile sunt prezentate în tabelul 2.5.

Tabel 2.5 Caracteristicile apei potabile [8]

Mirosul apei este influențat de unele substanțe poluante în exces cum ar fi: pesticide, detergenți, substanțe organice (NH3, H2S), etc. Apa potabilă este inodoră.

Gustul apei este dat de substanțele minerale și gazele dizolvate. Excesul unor substanțe minerale duce la modificarea gustului. Astfel, fierul și cuprul produc gust metalic, astringent, clorurile produc un gust sărat, sărurile produc gust sălciu iar sărurile de magneziu produc un gust amar. Excesul de dioxid de carbon produce gust acrișor, iar cel de hidrogen sulfurat produce un gust respingător. Mucegaiurile produc gust sărat, iar fecalele produc gust dulceag.

Culoarea apei este datorată substanțelor dizolvate în apă, care pot proveni din sol sau în urma poluării acesteia cu diferite substanțe care schimbă culoarea apei.

Pentru apa folosită în industria alimentara se impun următoarele condiții:

-sa fie incoloră, fără miros și gust străin, limpede, cu un conținut redus de săruri de fier sau magneziu, deoarece aceste saruri determina închiderea culorii;

-sa nu conțină bacterii; apa potabilă trebuie să conțină sub 20 germeni/ml, iar bacteriile coliforme să fie absente;

-sa respecte condițiile de duritate impuse, adică maxim 18 grade de duritate (un grad de duritate este egal cu 10 mg CaO și 7,14 mg MgO la un litru de apă);

-temperatura să fie potrivită.

Apa este foarte importantă în procesul de gelatinizare a amidonului.

Amidonul natural este, în general, insolubil în apă sub 50°C și nu este digerabil pentru oameni. Pentru a-l transforma într-o formă digerabilă, amidonul trebuie să fie încălzit cu apă. Când crește temperatura apei, granule de amidon încep să absoarbă apa (se hidratează) și se umflă. În timpul operațiunilor de amestecare, crește vâscozitatea amidonului, deoarece granulele de amidon devin mai mari și stau mai apropiate una de cealaltă. Acest proces de absorbție de umiditate și umflare este numit "gelatinizare".

Pe măsură ce crește în continuare temperatura și / sau acțiunea mecanică, granulele de amidon umflate încep să se desfacă, eliberând în principal amiloză (cu puțină amilopectină) în soluție. Acest proces este cunoscut sub numele de "lipire" și este marcat printr-o reducere a vâscozității deoarece granulele se dezumflă. Căldura și acțiunea mecanică suplimentară desfac Amiloza și Amilopectina în lanțuri lungi și scurte de molecule de zahăr digerabile.

Gelatinizarea și lipirea sunt esențiale pentru textura și rezistența produselor extrudate. Pe masură ce amestecul se răcește, amidonul și moleculele de zahăr încep să se lege unele de altele, formând împreună un gel.

Sarea

În industria extrudatelor se folosește sarea de bucătărie, clorura de sodiu. Principalul rol al sării este de a da gust produselor. Sarea inhibă activitatea proteolitică.

Materii auxiliare (coloranți, aditivi, uleiuri, arome, etc.)

După recepția calitativă se trece la recepția cantitativă.

2.2.2 Depozitarea materiilor prime și auxiliare

Se face în condiții specifice fiecărei materii prime și auxiliare astfel ca aceasta să-și păstreze cât mai bine calitatea inițială și să nu aibă loc pierderi. Spațiile de depozitare trebuie să fie uscate, curate, dezinfectate, deratizate si bine aerisite. Mălaiul trebuie să fie păstrat la loc uscat și rece; temperatura de depozitare max 25șC, umiditate relativă 75%. Depozitarea se face cu scopul de a crea un stoc tampon pentru a asigura fluiditatea producției.

2.2.3 Dozarea materiilor prime si auxiliare se face in funcție de rețeta de producție. Cantitatea de apă introdusă în amestec depinde și de conținutul de umiditate al mălaiului.

Fie:

– mapă (kg) cantitatea de apă care trebuie calculată înainte de a fi introdusă in șarjă

– mmălai(kg) cantitatea de mălai conform rețetei (kg- de obicei 150kg, 250kg, 350kg)

-mamestec(kg) cantitatea șarjei efectuate;

-umălai(%) umiditatea mălaiului – materie primă

-uamestec(%) umiditatea dorită a șarjei

(2.1)

2.2.4 Mixarea materiilor prime si auxiliare

Se realizează în vederea obținerii amestecului ce urmează a fi extrudat. Operația are loc în mixere orizontale sau verticale.

Se realizează alimentarea cu ingrediente(materii prime) a mixerului. Inițial se alimentează cu mălai care se lasă la mixat în jur de 2 minute pentru omogenizare. Ȋn funcție de conținutul de umiditate al mălaiului și în funcție de sortiment, se adaugă apă în mixul de mălai(în cazul în care conținutul de umiditate al mălaiului introdus în cuvă este prea mare se poate adăuga mălai cu un conținut de umiditate mai mic). Se mixează 15 minute după ce apa a fost adăugată. Ȋn continuare se adaugă restul ingredientelor și se mixează încă 15 minute. Formula de calcul a cantității necesare de apă este prezentată în subcapitolul 2.2.3.

Variante constructive pentru mixere de la furnizorul Maddox sunt prezentate mai jos.

Mixer vertical Maddox 1 (Fig. 2.3, Fig 2.4a), din oțel moale, cu funcționare continuă. Capacitatea de amestecare este de 270 kg.

Componentele utilajului sunt -cuva de alimentare cu mălai

-șnecul transportor

-cuva de mixare

-fereastra de vizitare

-detectorul de metale.

Fig. 2.3 Mixer vertical Maddox 1 [9]

b)

c

c) d)

Fig. 2.4 Mixere verticale(a, b) și orizontale(c, d) Maddox [9]

Mixer vertical Maddox 2 (Fig. 2.4b, Fig 2.5), din oțel dur, cu funcționare continuă. Capacitatea de amestecare este de 270 kg.

Componentele utilajului sunt -cuva de alimentare cu mălai

-șnecul transportor

-cuva de mixare

-fereastra de vizitare

-detectorul de metale.

Fig. 2.5 Mixer vertical Maddox 2 [9]

Mixer orizontal Maddox 1 (Fig. 2.4c, Fig 2.6),

Fig. 2.6 Mixer orizontal Maddox 1 [9]

Mixer orizontal Maddox 2 (Fig. 2.4d, Fig. 2.7)

Fig. 2.7 Mixer orizontal Maddox 2 [9]

Ȋn cadrul acestui subcapitol vor fi prezentate și soluții de transport al mălaiului de la mixer la extruder. Mai jos sunt exemplificate tot utilaje Maddox.

elevator din oțel moale (Fig 2.8)

Fig. 2.8 Elevator din oțel moale [9]

Elevator din oțel inoxidabil (Fig. 2.9)

Fig. 2.9 Elevator din oțel inoxidabil [9]

Șnec transportor (fig. 2.10)

Fig. 2.10 Șnec transportor [9]

2.2.5 Extrudarea și tăierea

Ambele operații au loc în extruder, diverse variante constructive Maddox:

Extruderul FCP300 (Fig 2.11)

Model de extruder dezvoltat încă din 1960, a fost cel mai avantajos model în ultimii 40 de ani. Este ușor de utilizat de către operator și ușor de reglat.

Capacitate de productie:

125-192 kg/h

Acest tip de extruder poate forma produse de lungime și diametre variabile. Lungimea poate fi reglată prin parametri cuțitului. Diametrul poate fi reglat prin ansamblul melc-cămașă. Cuva de alimentare cu mălai are o capacitate de 270 kg.

Se folosește de obicei la mălaiul de porumb la care se poate adăuga până la 15% făină de orez sau până la 5% făină de soia.

Specificații tehnice:

Motor extruder: 25CP, 60Hz sau 30CP, 50Hz

Motor alimentare: 7.5CP, 50Hz

200, 208, 230, 380, 460, 575 V

35Kw

Fig. 2.11a Extruder FCP300 [9]

Fig. 2.11b Extruder FCP300 [9]

Fig. 2.11c Extruder FCP300 [9]

Exruderul FCP600

Acest utilaj poate produce produse de o singură formă, lungimea putând varia între 50 și 100 mm, de asemenea prin modificarea parametrilor cuțitului. Și grosimea poate varia prin ajustarea distanței dintre melc și cămașă.

Se utilizează pentru mălaiul de porumb, la care se poate adăuga făină de orez(15%) sau făină de soia (5%). Capacitatea cuvei de alimentare cu mălai este de 270 kg.

Capacitate de producție:

270-477 kg/h

Specificatii tehnice:

Motor extruder: 50CP

Motor alimentare: 10CP

200, 208, 230, 380, 460, 575 V

48Kw

Fig. 2.12a Extruder FCP600 [9]

Fig. 2.12b Extruder FCP600 [9]

Fig. 2.12c Extruder FCP600 [9]

Extruderul MX350 F

Extruderul produce o singură formă, de lungime variabilă (de la 5.08cm la 10.16cm). De asemenea grosimea este variabilă. De asemenea, în amestecul de mălai de porumb se pot adăuga si făină de orez(pana la 15%) si făină de soia (pana la 5%).

Capacitate de productie:

-120160 kg/h

Specificatii tehnice:

Motor extruder: 20CP

Motor alimentare: 5CP

200, 208, 230, 380, 460, 575 V

16Kw

Fig. 2.13a xtruder MX350F [9]

Fig. 2.13b Extruder MX350F [9]

Fig. 2.13c Extruder MX350F [9]

Extruderul MXF 500

Produsele extrudate pot fi de o singură formă, de dimensiuni variabile, lungime (de la 5.08cm pana la 10.16cm) și grosime. Și la acest tip de utilaj se poate adăuga in rețetă făină de orez(15%) și făină de soia(5%).

Capacitate de producție:

-180-320 kg/h

Specificații tehnice:

Motor extruder: 30CP

Motor alimentare: 7,5CP

200, 208, 230, 380, 460, 575 V

28Kw

Fig. 2.14a Extruder MXF 500 [9]

Fig. 2.14b Extruder MXF 500 [9]

Fig. 2.14c Extruder MXF 500 [9]

Detalierea operației de extrudare propriu-zisă

Primul pas ce trebuie efectuat este montarea extruderului. Se introduce melcul pe axul extruderului până ajunge la capăt, fixarea lui realizându-se prin îmbinarea celor doua locașuri de la baza melcului cu cele de la ax. Ȋn continuare se montează cămașa. Este esential ca distanța dintre cămașă și melc să fie egală stânga-dreapta, sus-jos. Cămașa este fixată printr-o pană de fixare și prin două șuruburi laterale. Este montat sistemul de răcire, cu apă sau cu aer. Urmează fixarea matriței in flanșă și adăugarea sitei. Șuruburile de la flanșă trebuie bine strânse pentru a nu permite produsului să scape printre sită si matriță. Ȋn continuare se reglează cuțitul. Lamele trebuie să fie paralele cu matrița și trebuie să existe

o aliniere perfectă cu suprafața matriței. Mai departe se montează banda de încălzire pe flansă. Fig.2.15 Ansamblu extruder [10]

Următorul pas este pornirea extruderului. Temperatura corespunzătoare de pornire este de 163 până la 177 grade (C) pe fața matriței. Ȋn momentul în care temperatura este obținută, banda de încălzire este decuplată și se porneste extruderul. Extruderul se pornește cu mălai cu un conținut de umiditate între 18% si 21% pentru a nu întâmpina probleme la pornire.

Parametri de proces critici în operația de extrudare sunt:

Alimentarea cu mălai determină cantitatea produsă de extruder. Este vorba mai exact despre viteza șnecului de alimentare [RPM].

Dacă:

-Crește alimentarea crește vâscozitatea, crește temperatura gelului crește nivelul de coacere, scade densitatea în vrac.

-Scade alimentarea scade vâscozitatea, scade temperatura gelului scade nivelul de coacere, crește densitatea în vrac.

Pentru produsele extrudate în formă de inel, aceste interdependențe se pot observa în graficul și tabelul de mai jos. Trebuie menționat că ceilalți parametri de proces au avut valori constante pe parcursul notării datelor experimentale.

Tabel 2.6 Variație densitate în vrac în funcție de rata de alimentare cu mălai

Fig. 2.16 Variație densitate în vrac în funcție de rata de alimentare cu mălai

Temperatura[°C] – este un parametru critic deoarece influențează direct coacerea produsului. Încălzirea se face prin elemente electrice inductive, iar răcirea printr-un flux de apă rece / aer rece.

Daca:

-Crește temperatura Scade vâscozitatea / /Scade expandarea Se modifică textura/Mai multe bule de aer/Scade mărimea celulelor/Scade densitatea în vrac

-Scade temperatura Crește vâscozitatea / Crește expandarea Se modifică textura / Crește mărimea celulelor de aer / Crește densitatea în vrac.

Pentru produsele extrudate cu forma alungită, aceste aspecte pot fi observate în tabelul și figura de mai jos. Și în acest caz restul parametrilor de proces au fost păstrați la valori constante.

Tabel 2.7 Variație densitate în vrac [g/2L] în funcție de temperatură extruder [°C]

Fig. 2.17 Variație densitate în vrac [g/2L] în funcție de temperatură extruder [°C]

Viteza Cutterului[RPM] – este un parametru critic deoarece influențează direct produsul finit. Cuțitele trec pe la suprafața plăcii matriței, tăind produsul conform specificațiilor (lungime și formă). Cuțitul se montează de obicei la 0,05 mm față de matriță. Modificarea vitezei cuțitului afectează lungimea și mărimea produsului, deci și densitatea în vrac.

Dacă:

-Crește viteza cutterului Produse mai mici Crește densitatea în vrac

-Scade viteza cutterului Produse mai mari Scade densitatea în vrac

Tabel 2.8 Variație dimensiune produs[cm] și densitate în vrac[g/2L] în funcție de viteză cutter[RPM]

Fig. 2.18 Variație dimensiune produs[cm] în funcție de viteză cutter[RPM]

Fig. 2.19 Variație densitate în vrac [g/2L] în funcție de viteză cutter [RPM]

Datele experimentale anterior prezentate au fost notate pentru snacksuri cu formă alungită, cu păstrarea celorlalți parametri de proces constanți.

Viteza extruder[RPM] – influențează energia mecanică generată în interiorul extruderului și în consecință și nivelul de coacere.

Dacă:

-Crește viteza extruderului scade vâscozitateascade nivelul de coacere, crește conținutul de umiditate

-Scade viteza extruderuluicrește vâscozitateascade nivelul de coacere, scade conținutul de umiditate

Aceste aspecte pot fi observate, pentru snacksurile cu forma alungită, mai jos:

Tabel 2.9 Variație conținut umiditate [%] în funcție de viteza extruder [RPM]

Fig 2.20 Variație conținut umiditate [%] în funcție de viteză extruder [RPM]

Un sumar al valorilor pentru fiecare parametru, pentru snacksuri de mai multe forme, a fost realizat mai jos:

Tabel 2.10 Exemple parametri proces extrudrare

Factorii de control sunt interconectați în acest proces complex. Modificarea unuia dintre ei pentru a atinge un obiectiv, îi va influența pe ceilalți, de aceea, o atenție deosebită trebuie acordată atunci când se fac ajustări.

RPM și temperatura trebuie modificate numai în momentele de centrare a procesului, deoarece efectul de a crește oricare din aceste aspecte reprezintă creșterea nivelului de coacere fie prin creșterea energiei termice fie mecanice.

Toti parametri mai sus menționati se reglează din panoul de comandă.

Fig 2.21 Panou comandă extruder

La fel de importantă ca pornirea extruderului este și oprirea acestuia.

Ȋn momentul în care se termină mixul de mălai din pâlnia de alimentare a cămășii se introduce mix mălai cu conținut de umiditate mai mare, timp de aproximativ 15 secunde pentru curățarea melcului și a cămășii. Se oprește cuțitul, se îndepărteaza masa cuțitului, se micșorează viteza melcului la extruder și se trece la demontarea extruderului. Fiecare componentă a utilajului este bine igienizată individual.

2.2.6 Coacerea

În fabricarea produselor extrudate coacerea este etapa în care se asigură uscarea acestora. Uscarea este procesul în care se extrage umiditatea din produsele nou formate pentru a atinge procentul de umiditate dorit în produsul finit. Acest lucru este necesar pentru a asigura calitatea produsului final în interiorul ambalajului pe timpul perioadei sale de valabilitate. La sfârșitul procesului de uscare, umiditatea trebuie să fie distribuită uniform în interiorul produsului.

Este important ca eliminarea umidității să se facă într-un mod controlat pentru a preveni formarea aglomerărilor de produse lipite și a unui înveliș tare în timpul uscării. Produsul trebuie să fie uniform distribuit benzile transportoare pentru a obține astfel o uscare uniformă, în mod egal în tot patul de produs. Un alt aspect important este grosimea patului și timpul de așteptare, care influențează de asemenea apariția clusterelor. Pentru a putea produce în flux continuu, este necesară atingerea unei stabilități a temperaturii și a umidității relative.

Uscarea se face în uscător, care este o încăpere din oțel inoxidabil care conține un transportor liniar. Alimentarea cu produs se realizează printr-un pat vibrant, care mai târziu distribuie produsele. Ȋncălzirea se realizează prin intermediul unui arzător de gaze, apoi există două ventilatoare pentru a circula aerul și un ventilator pentru extracția printr-un tub de evacuare în atmosferă. Temperatura și timpul de așteptare sunt controlate de la panoul de control.

Cuptorul este alimentat cu produs ce urmează a fi uscat prin intermediul benzilor transportoare. Produsul este transferat de pe benzile de alimentare pe banda din cuptor prin intermediul unui jgheab.

În fază inițială, umiditatea produsului este foarte ridicată. Produsele sunt susceptibile de a se lipi unele de altele din cauza umidității de la suprafață. Pe perioada procesului de uscare, nivelurile de umiditate se reduc progresiv, ceea ce reduce gradual riscul formării clusterelor.

Majoritatea procesului de eliminare de umiditate se produce în prima jumătate a uscătorului. În cea de-a doua jumătate, o uscare ulterioară se produce, însă acest lucru este în principal procesul de echilibrare al produsului.

Principiul procesului de uscare este de a realiza un transfer de energie (căldură) dinspre margini către suprafața produsului pentru a evapora umiditatea. Se transferă umiditatea internă către suprafața pentru evaporare.

Uscătorul este proiectat pentru a elimina umiditatea din produs. Aceasta înseamnă că un produs cu un conținut mare de umiditate prelucrat la o rată de producție scăzută poate fi mai dificil de uscat decât un produs cu un conținut mai mic de umiditate prelucrat la o rată de producție mai mare.

Model constructiv de cuptor este prezentat în figură 2.22, de la Maddox.

Acest sistem de coacere conține o bandă transportoare care introduce produsul în mediul de uscare. Este construit din oțel inoxidabil. Echipamentul tipic se încadrează între un transportor de alimentare (vibrator) și un transportor de evacuare (vibrator).

Fig 2.22 Cuptor Maddox [9]

Parametri de proces critici în operația de uscare sunt:

Timpul de uscare – reprezintă timpul pe care produsul îl petrece în cuptor. Este un parametru utilizat pentru a controla procesul de uscare. Este determinat de viteza benzii transportorului. În cazul în care viteza este mica, produsul va petrece mai mult timp în uscător pentru a se usca. Ȋn cazul in care viteza este mare, produsul va petrece timp mai puțin în uscător și, prin urmare, iese cu un conținut de umiditate mai mare. Pentru a maximiza producția la cel mai mic nivel posibil al temperaturii aerului, este necesară rularea paturilor transportoarelor cât mai lent posibil și, prin urmare paturi pe cât de groase posibil. Pentru a rula rate mai ridicate de producție, accelerarea paturilor va duce la creșterea conținutului de apă din produs și necesitatea de a funcționa la temperaturi mai ridicate. Cel mai bun mod de utilizare a uscătorului este rularea paturilor cât mai lent posibil fără a permite produsului să fie prea gros pe pat(uri).

La o rată de alimentare de 12Hz, o viteză a extruderului de 220RPM, la temperatura extruderului de 70șC, viteză a cutterului de 900RPM și o temperatură în cuptor de 105șC, s-a studiat, pentru snacskurile alungite, variația conținutului de umiditate în produsul uscat în funcție de viteza benzii din cuptor.

Tabel 2.11 Variatia continutului de umiditate in functie de viteza benzii din cuptor

Fig 2.23 Variația conținutului de umiditate în funcție de viteza benzii din cuptor

Temperatura aerului în uscător este de obicei prima variabilă utilizată pentru controlarea vitezei de uscare. În cazul în care temperatura aerului este crescută, căldura suplimentară va cauza evaporarea unei cantități mai mari de umiditate din produs, care este apoi transformată în vapori de apă. Vaporii de apă vor fi apoi transportați la distanță față de produs cu ajutorul aerului care circulă pe lângă produs. Scăderea temperaturii aerului va reduce rata de uscare. Dacă produsul care iese din uscător este sub umiditatea dorita, acțiunea firească ar fi creșterea temperaturii aerului în uscător pentru a regla procesul. Multe produse au fie o limită maximă de temperatură, fie una minimă. Deși temperatura produsului în uscător este determinată în mare măsură de temperatura aerului, este important să se înțeleagă că produsul în uscător este de obicei la o temperatură mult mai mică decât temperatura aerului. Acest lucru se datorează apei care se evaporă de pe suprafața produsului. Aceasta evaporare tinde să răcească produsul.

De obicei, un produs mare este mai greu de uscat decât un produs de dimensiuni mici, cu toate acestea, produsul de dimensiuni mici poate necesita o grosime a patului mai redusă. Un produs lipicios va avea tendința de a forma clustere. Toate aceste caracteristici trebuie evaluate atunci când se are în vedere ajustarea uscătorului.

Similar, a fost studiată și variația conținutului de umiditate a produsului uscat în funcție de modificarea temperaturii din cuptor, păstrând ceilalți parametri constanti: rată de alimentare 12Hz, viteză extruder 220RPM, temperatură extruder 70șC, viteză cutter 900RPM, viteza bandă cuptor 40RPM.

Tabel 2.12 Variație conținut umiditate în funcție de temperatură cuptor

Fig. 2.24 Variație conținut umiditate în funcție de temperatură cuptor

Circulația aerului

Uscarea prin circulația aerului a fost proiectată să fie cât mai uniformă posibil și să fie la o viteză care optimizează uscarea, minimizând în același timp posibilitatea ca resturile de produse să circule în aer. Orice modificări care reduc fluxul de aer în uscător, vor determina o reducere a capacității de uscare. De exemplu, îndepărtând sau lăsând deschise una sau mai multe dintre ușile interne din uscător, va provoca o circulație mai redusă de aer prin produs și capacitatea de uscare va scădea.

Considerentele circulației aerului devin foarte importante atunci când se determină grosimea optimă a produsului pe patul transportor. Unele produse vor tinde să rămână împreună și să formeze clustere dacă acestea sunt așezate prea îngrămădit, în special atunci când intră în uscător. Dacă această grupare devine prea severă, circulația aerului va fi redusă prin clustere sau prin patul întreg. Acest lucru va reduce capacitatea de uscare a uscătorului. Este important ca produsele aflate în uscător să fie ținute sub observare pentru a determina orice clustere.

Pe scurt, cele mai multe sisteme de uscare sunt proiectate și construite pentru a găzdui o varietate de condiții de funcționare; aprovizionarea permanentă a patului și umiditatea inițială sunt critice pentru funcționarea uscătorului dumneavoastră. Deși sistemul dumneavoastră se va acomoda fluctuațiilor minore ale oricăruia dintre acești factori, variațiile mari vor duce la o uscare necorespunzătoare.

Grosimea patului de produs

Alimentarea uscătorului cu produs

Ȋn timpul lucrărilor practice, au fost analizate consecințele utilizării necorespunzătoare a parametrilor mai sus enumerati.

Astfel,

timpul de uscare – prea mare uscare excesivă care duce la un conținut de umiditate scăzut în produsul final deci la o densitate în vrac redusă. Ȋn unele cazuri, în care rata de alimentare cu produs a uscătorului este mare, se poate ajunge la grosime mare a patului de produs, ceea ce duce la formare de clustere, conținut de umiditate ridicat.

-prea micuscare insuficientă, clustere, conținut umiditate și densitate în vrac mare.

temperatura aerului -prea mare, viteză bandă micăuscare excesivă, conținut umiditate mic

-prea mic, viteză bandă mareuscare insuficientă, conținut umiditate mare

grosimea patului de produs-prea micăuscare excesivă, umiditate scazută, densitate redusă

-prea mareuscare insuficientă, umiditate mare, densitate mare

alimentarea cu produs-prea mică pat de produs prea mic

-prea marepat de produs prea mare

Pentru snacksuri formă alungită, s-a produs în următoarele condiții:

Tabel 2.13 Valori practice parametri producție

Fig. 2.25 Variație parametri proces pentru creșterea productivității

Se observă că pentru o creștere a producției cu 30 kg/h au fost măriți toți parametri.

2.2.7 Aromatizarea

După ce s-a obținut produsul corespunzător din punct de vedere calitativ la extruder, se trece la aromatizarea produsului. Materiile prime necesare aromatizării sunt uleiul și aromele. Echipamentele necesare aromatizării sunt sistemul de distribuție al mixului de ulei-aromă și tamburul de aromatizare.

Model de sistem de distribuție mix ulei, marca Maddox, este prezentat în figura 2.26.

Fig. 2.26 Sistem distribuție mix ulei-aromă Maddox [9]

Acest sistem de distribuție mix ulei este compus din tanc mixare ulei – aromă, tanc aplicare mix ulei, pompă de transfer și recirculare ulei , pompă de recirculare ulei, pompă dozaj mix ulei. Primul tanc este folosit pentru a pregăti mixul de ulei-aromă, fără a afecta producția. Se introduce în tanc uleiul conform rețetei. Ȋn continuare se adaugă treptat aroma, astfel încat să nu se formeze aglomerări. Agitatorul tancului trebuie să fie pornit, rolul acestuia fiind acela de a îngloba omogen aroma în ulei. Temperatura mixului de ulei este setată la valori cuprinse între 38-42 grade Celsius. Pompa de recirculare a acestuia trebuie pornită imediat ce agitatorul se oprește, adică după 10 minute. Când amestecarea este completă, mixul este transferat în al doilea tanc.

Uleiul necesar pentru amestec depinde de raportul dintre ulei și pulberea de asezonare pentru amestecul total. Pulberea este achiziționată în cutii de 25 kg, prin urmare, în vederea obținerii raportului corect, cantitatea de ulei este variată. De exemplu, în cazul în care raportul dintre pulbere și ulei este de 25%, și este necesar un amestec total de pastă de 300 kg, acest lucru are nevoie de adăugarea a 75 kg (3 cutii) de pulbere și 225 kg de ulei pentru a completa amestecul total.

Ȋn tamburul de aromatizare are loc aromatizarea propriu-zisă. Model de tambur este prezentat în figura 2.27, model Maddox.

După ce este evacuat din cuptor, produsul este preluat cu ajutorul unei benzi transportoare și dus în tamburul de aromatizare. Ȋn interiorul tamburului, prin intermediul pompei de dozaj și prin cele trei căi de distribuție a aromei, cu cei trei sprinkeri deschiși complet, mixul de aromă se distribuie pe produs care începe să se aromatizeze. Aromatizarea completă se realizează datorită mișcării circulare a bem-bemului, mișcare ce este dată de către un variator situat în partea inferioară a acestuia .Viteza de rotație a bem-bemului este reglabilă, mărindu-se sau micsorându-se în funcție de cantitatea de produs rezultat la extruder și modul în care este aromatizat.

Pentru reglajul cantității mix de ulei pe produs se folosesc:

robinetul pe calea spre tamburul de aromatizare,

pompa de dozare

trei capete de sprayere în interiorul tamburului.

Este foarte important de urmărit calitatea produsului aromatizat: formă și aromă pe produs.

Când cantitatea de produs rezultat de la extruder este mare , se mărește viteza bem-bemului și se urmăreste ca pompa de dozaj să dozeze suficientă aromă pe produs.

Reglarea aromei din pompa de dozaj se face fie din variator care mărește sau micșorează cantitarea de aromă pe produs, fie cu cele trei excentrice care de asemenea măresc sau micșorează cantitatea de mix ulei pe produs.

Trebuie urmărită corelația densitate produs cuptor – densitate produs aromatizat, există indicații clare pentru fiecare produs în parte. Ȋn funcție de rezultatul densității produsului la cuptor, trebuie reglat mixul de aromă pe produs, astfel încat densității produsului la cuptor să-i corespundă densitate produs după aromatizare conform indicațiilor. Acest lucru este necesar deoarece în fiecare rețetă a fiecărui produs este specificată cantitatea de aromă din produsul finit. Apărând modificări ale densității la cuptor, trebuie reglată și cantitatea de aromă aplicată, în concluzie densitatea de după tamburul de aromatizare. Această liniaritate care trebuie obținută se poate observa în tabelul 2.14 și figurile 2.28 și 2.29, pentru produsele cu aromă de peanut și aromă de pizza. Se observă că la creșterea densității la cuptor, crește și densitatea produsului aromatizat.

Fig. 2.27 Tambur aromatizare [9]

Tabel 2.14 Corelare densitate înainte de aromatizare cu densitate după aromatizare

Fig 2.28 Corelare densitate înainte și după aromatizare pentru produsul cu aromă de alune

Fig 2.29 Corelare densitate înainte și după aromatizare pentru produsul cu aromă de pizza

Pentru produsele cu aromă de alune, densitatea acceptată înainte de aromatizare este de 50-60 g/2L, iar densitatea după aromatizare de 85-100 g/2L. Pentru snacksurile cu aromă de pizza, densitatea înainte de aromatizare poate avea valori de 40-50 g/2L, iar cea după aromatizare de 60-75 g/2L. Valorile exacte ce trebuie corelate sunt stabilite în funcție de cerințele economice lunare.

La unele produse este necesară și aromatizarea produsului cu sare. Distribuirea de sare pe produs se face cu un aromatizor de sare care este situat în fața tamburului și a cărui alimentare cu sare se face manual. Aromatizorul are atașat un variator de unde se poate regla (mări sau micșora) sarea pe produs. Model dozator sare în figura de mai jos.

Fig. 2.30 Aromatizor sare [9]

Pentru o bună aromatizare a produsului, trebuie avut grijă la anumite aspecte:

-cantitatea de amestec ulei-aromă pregatită să fie corespunzătoare comenzii de produs, pentru a se putea asigura aromatizarea întregii cantități de produs;

-temperatura pastei să fie corespunzătoare,evitând astfel decantarea sării și blocarea conductelor;

-viteza și unghiul tamburului să fie corespunzătoare; se evită astfel o acoperire neomogenă a produsului cu aromă, se evită densități variabile și conținut de aromă/sare necorespunzătoare;

-alimentarea tamburului cu produs de asemenea trebuie să fie corectă. Dacă alimentarea este prea mică, aroma va fi prea multă pe produs, pungile de snacksuri vor fi goale, conținutul de sare și aroma determinate la laborator vor fi prea mari. Dacă în schimb alimentarea este excesivă, va fi prea puțină aromă pe produs, pungile vor fi umplute excesiv, snacksurile vor fi acoperite insuficient cu aromă, conținutul de sare și aromă determinate în laborator vor fi prea mici.

-montarea și utilizarea corectă a duzelor de aromatizare. Pot fi întâlnite diverse situații:

blocarea duzei , care cauzează o acoperire insuficientă cu aromă;

presiune ridicată a aerului, care cauzează pulverizarea aromei, risipirea condimentelor, contaminarea zonelor din jur;

presiune scăzută a aerului, care cauzează o presărare necorespunzătoare.

Pentru produsul cu aromă de brânză, s-a încercat mărirea aromei pe produs.

Inițial, s-a dorit face această modificare doar intervenind asupra tamburului. Astfel a fost micșorată viteza acestuia și a fost micșorat unghiul cu orizontala, pentru a permite produsului să stea mai mult timp în tambur. Densitatea înainte de aromatizare și viteza pompei peristaltice au fost păstrate constante. S-a observat o creștere a densității în vrac de 1g/2L și a conținutului de aromă cu 0,29%. Aceste modificări asupra tamburului de aromatizare au fost mai mult benefice aspectului aromei pe produs, care a fost mai omogen aromatizat, decât măririi în sine a aromei.

Tabel 2.15 Mărire aromă pe produs prin modificări viteză și unghi tambur aromatizare

Fig. 2.31 Mărire aromă pe produs prin modificări viteză și unghi tambur aromatizare

Ȋn continuare, au fost păstrate viteza și unghiul tamburului din prima încercare de mărire a aromei, însă a fost mărită treptat și viteza pompei peristaltice, rezultatele fiind cele din tabelul de mai jos:

Tabel 2.16 Mărire aromă pe produs prin modificare viteză pompă peristaltică

Fig. 2.32 Mărire aromă pe produs prin modificare viteză pompă peristaltică

2.2.8 Ambalarea

Următoarea etapă, după obținerea produsului aromatizat este ambalarea acestuia. Din zona de proces până în zona de ambalare, produsul este transportat cu ajutorul unui sistem de distribuție format din benzi transportoare și elevatoare.

Menținerea unui flux stabil de produs către sistemul de cântărire este esențială pentru o operare eficientă a zoneii de ambalare. Un flux care nu este constant poate lăsa sistemele de cântărit fără produs, fapt ce are ca rezultat operarea mai puțin productivă.

Supraîncărcarea lor duce la o acumulare de produs, scurgeri, eficiență redusă și flux redus de alimentare a celorlalte sisteme de cântărit.

Odată procesat, produsul începe să se degradeze sub acțiunea aerului și infiltrarea de umezeală. Transferul într-o pungă sigilată trebuie să se realizeze cât mai rapid și eficient posibil. Aceasta se realizează prin operare și setări optime.

Ȋn concluzie, sistemul de distribuție trebuie să alimenteze în mod corespunzător și consistent cu produs sistemul de cântărire.

Fiecare linie de transport poate fi controlată în mod manual sau în mod automat. De obicei modul automat se utilizează în timpul staționărilor și al sanitației.

După ce produsul a fost transportat până în zona de ambalare, urmează cântărirea produsului.

Sistemul de cântărire trebuie:

Să alimenteze în mod corespunzător și consistent cu produs mașina de cântărit, pentru a permite mașinii de cântărit să funcționeze eficient si pentru a permite mașinii de cântărit să funcționeze cu acuratețe.

Să distribuie cantitatea corectă de produs de la mașina de cântărit către mașina de ambalat la fiecare ciclu de producție pentru a menține funcționarea eficientă a mașinii de ambalat și minimizarea gramelor date în plus.

Să detecteze și alarmeze pătrunderea de obiecte străine în mașina de ambalat pentru a preveni pătrunderea de obiecte străine în pungă.

Fig. 2.33 Sistem de cântărire ISHIDA [11]

Funcțiile, pentru componentele sistemului de cântărire, model Ishida, fig. 2.33, sunt:

Porțile de alimentare

porțile se deschid și se închid pentru a permite produsului să intre în alimentatorul orizontal (cross feeder)

Senzorul foto al Cross Feederului

controlează înălțimea produsului în alimentatorul orizontal prin închiderea și deschiderea portilor;

când produsul vibrează din cross feeder, se deblochează fasciculul de lumină și portile de alimentare se deschid, permițând unei cantități mai mari de produs să cadă pe cross feeder.

Alimentatorul Orizontal – Cross feeder

primește produsul și îl transportă prin inelul de alimentare / diverter la mașinile duble, către ciuperca;

produsul cade pe cross-feeder iar vibrația începe procesul de nivelare al produsului.

Inelul de alimentare

Ghidează produsul de la cross feeder către centrul ciupercii, unde este fixat.

Magnetul Cross feederului

Înlătură obiectele metalice străine din fluxul de produse ;

Unii magneți sunt montați adiacent, lângă capătul alimentatorului orizontal, alții sub capătul alimentatorului orizontal.

Alimentator de Dispersie

Alimentatorul de dispersie (ciuperca) este un disc rotund situat în centrul corpului principal al echipamentului de cântărit, chiar sub alimentatorul orizontal.

Ciuperca

Alimentatorul de dispersie vibrează pentru a dispersa produsul în cantitate egală către alimentatoarele radiale (vibratoare radiale).

Senzorul de greutate al ciupercii controlează fluxul de produs de la alimentatorul orizontal (cross feeder).

Alimentatoare Radiale – vibratoare radiale

serie de canale preiau produsul de la alimentatorul de dispersie (ciuperca)

Primesc produsul de la alimentatorul de dispersie și mută produsul către rezervoarele individuale (pool hopper) cu ajutorul vibrațiilor.

Timpul cât alimentatorul vibrează și amplitudinea vibrației determină debitul fluxului de produs.

Vibratoarele radiale sunt activate când produsul din rezervoarele corespondente (pool hoppere aferente) se varsă în cuvele de cântărire (weight hopper).

Debitul fluxului este determinat de timpul de vibrație a alimentatorului și amplitudine.

Pool hoppere

Fiecare rezervor (pool hoppere) primește produs de la alimentatorul radial de deasupra sa și îl menține temporar, în sincronizare cu a produsului.

Primesc și păstrează produsul pentru fiecare cuvă de cântărire.

Cuve de cântărire – Weight Hopper

Cuvele care păstrează și măsoară greutatea produsului primit de la rezervoare cu ajutorul unei celule de cântărire.

Celulă sarcină

Fiecare celulă de cântărire măsoară greutatea produsului din cuva aferentă.

Ȋn figura 2.34 este schematizat modul de cântarire a produsului. De la transportoarele de distribuție, produsul este trecut, cu ajutorul alimentatorului de dispersie (ciuperca), a alimentatoarelor radiale (vibratoare radiale) și rezervoarelor, la cuvele de cântărire unde este cântărit, înainte să ajungă la mașina de ambalat. Este esențial ca produsul să se prezinte corect în toate stadiile pentru o funcționare eficientă, performanță, precizie și prin urmare, optimizare.

Fig. 2.34 Cântărire produs [12]

Astfel, în zona:

Produsul se deplasează pe vibratorul principal.

Prin porțile vibratorului principal produsul este direcționat către cross-feeder.

Ȋnchiderea/ deschiderea porților este controlată de către fotocelula cross-feederului.

Produsul este transportat datorită vibrațiilor de la cross-feeder către alimentatorul de dispersie (ciuperca).

Senzorul de greutate al alimentatorului de dispersie (ciupercii) măsoară cantitatea de produs de pe alimentatorul de dispersie. Senzorul de greutate al alimentatorului de dispersie pornește și oprește alimentatorul orizontal.

Ciuperca vibrează și distribuie produsul uniform către vibratoarele radiale.

Vibratoarele radiale introduc produsul în rezervoare. Aproximativ o cincime din gramajul dorit este introdus în fiecare rezervor în timpul fiecărui ciclu. Vibrația alimentatoarelor radiale reglează fluxul de produs de la alimentatorul radial la rezervor (Pool hopper).

Pool hopperele descarcă produsul în cuvele de cântărire. Fiecare cuvă de cântărire este montată pe o celula de sarcină.

Calculatorul verifică greutatea în cuvele de cântărire (Weight hopper) și alege cuvele cu conținutul cel mai apropiat de greutatea țintă corectă.

Conținutul cuvelor cu greutatea cea mai apropiată de greutatea urmărită corectă este vărsat în mașina de ambalat la momentul potrivit din timplul ciclului mașinii de cântărire.

La fiecare ciclu consecutiv al echipamentului, rezervoarele și cuvele de cântărire care au fost vărsate în ciclul anterior sunt reîncărcate.

Produsul cântărit merge mai departe la mașina de ambalat. Model de mașină de ambalat snacksuri este prezentată în figura 2.35a si 2.35b.

Fig. 2.35a Mașină de ambalat Woodman Gemeni [13]

Rolurile elementelor componente vizibile în aceasta figură sunt:

Pokerul asigură deblocarea produsului din former;

Formerul este un șablon după care se mulează filmul pentru a forma o pungă;

Ciocanul vertical asigură închiderea prin lipirea pe verticală a pungii;

Curelele de tracțiune asigură o tensiune corespunzătoare a filmului în partea frontală a mașinii;

Ansamblul de bacuri asigură închiderea pungii prin lipirea pe orizontală a filmului;

Fig. 2.35b Mașină de ambalat Woodman Gemeni [13]

Ȋn această figură se pot observa:

Printerul cu ajutorul caruia sunt trecute pe punga informatii despre produs (gramaj, termen de valabilitate, etc);

Rola de ghidare a filmului prin mașina de ambalat;

Barele dancer care asigură tensionarea corespunzătoare a filmului în spatele mașinii;

Panoul de control care controlează funcționarea mașinii (pornire/oprire);

Cilindrul care susține rola ;

Senzorul de terminare ce alarmează în momentul în care rola de pe mașină este pe terminate.

Din costul unui produs, ambalajul reprezintă materia primă cea mai scumpă.

La nivelul unei imagini de film (o pungă) se identifică următoarele elemente:

Cut off – lungimea pungii, reprezintă distanța dintre două puncte consecutive de marcaj.

Web – lățimea pungii, reprezintă lățimea filmului;

Eye spot (punctul de marcaj) – reprezintă punctul de pe fiecare imagine situat în stânga rolei și care este citit de către fotocelulă în vederea tăierii corespunzătoare a pungii.

Traseul filmului pe mașina de ambalat este în figura 2.36.

2.36 Traseu film ambalaj[12]

Mai departe este prezentat modul în care se formează o pungă (fig. 2.37).

Fig 2.37 Formare pungă [12]

Filmul este tras de pe axul filmului din partea din spate a mașinii. El este tras prin dancer bar, care conferă tensiunea constantă a filmului .

Filmul trece prin ansamblul rolei de antrenare / rolei presoare. Rola presoare exercită o presiune pozitivă asupra filmului, apăsându-l pe rola de antrenare.

După ce trece de rolele de antrenare / presoare, filmul trece pe lângă codificatorul datei (printer), unde este imprimat cu „A se folosi înainte de” data (dacă este necesar). Apoi, trece peste umărul formatorului, care dă filmului forma unui tub. Tubul trece apoi peste curelele de acționare a filmului din față și din spate, care trag filmul peste former.

Ciocanul vertical, poziționat în unitatea de acționare față (intre curelele de vacuum), apasă filmul suprapus pentru a crea lipitura verticala.

Pe măsură ce produsul este eliberat în tub din cântar (trecând prin detectorul de metale), filmul și produsul sunt transferate în ansamblul dispozitivelor de prindere (bacuri).

Închizătoarele tubului împiedică intrarea produsului în zona de lipire. Lamelele curățitoare se mișcă în jos, eliminând produsul din zona ce urmează a fi lipită.

3.Verificarea calității

Verificarea calității produsului extrudat

Snacksurile sunt verificate din punct de vedere calitativ atât periodic în timpul producției, cât și la final de producție, din ambalaj. Factorii cheie care sunt verificați sunt:

Mărimea structurii celulei, care poate fi prea mică(fig. 3.1a) sau prea mare(fig. 3.1b). Aceste defecte sunt cauzate de parametri de proces incorecți. Pentru a corecta, trebuie modificate viteza și temperatura extruderului.

a)b)

Fig. 3.1 Mărimea structurii celulei a-prea mică; b-prea mare

Existența clusterelor (fig. 3.2)

Fig. 3.2 Clustere

Produs uscat/cu bule de aer

Produs subexpandat

Specificațiile produsului – lungime, lățime, grosime

Deformații/defecte de tăiere (fig. 3.3) unde a)tăiere necorespunzatoare; b) inelul de curbare este prea aproape/departe de placa matriței

a)b)

Fig. 3.3 Defecte de tăiere

Asezonare % – se determină în laborator. Principiul constă în determinarea conținutului de sare, urmat de calculul conținutului de aromă în funcție de conținutul de sare. Este des întânita metoda Mohr pentru determinarea clorurii de sodiu. Ȋn extractul apos al probei de analizat se titrează ionii de clor cu azotat de argint, în prezență de cromat de potasiu sau de amoniu, ca indicator. Conținutul de clorură de sodiu se exprimă în procente și se calculează cu formula următoare:

NaCl =     [%] (3.1)

în care:

V= volumul soluției de azotat de argint 0,1 n folosit la titrare, în cm3;

m= masa probei corespunzătoare volumului de filtrat luat pentru determinare (5g), in g;

0,005845= cantitatea de clorură de sodiu, în g, pentru 1 cm3 azotat de argint 0,1n.

Ulei% – se determină în laborator. Determinarea se bazează pe caracteristica grăsimii de a se dizolva în solvenți organici. Una din metodele folosite este metoda Soxhlet (fig. 3.4), metodă bazată pe extracția repetată cu eter etilic sau eter de petrol a substanțelor grase din probă, urmată de îndepărtarea solventului și cântărirea reziduului gras obținut.

Aparatul Soxhlet este compus din:

un balon de distilare (1), cu capacitatea de 250 cm3, care colectează extractul eteric;

un corp extractor (2) alcătuit dintr-un cilindru de sticlă închis în partea inferioară. Ȋn extractor se introduce un cartuș din hârtie poroasă care conține proba de analizat. Extractorul este prevăzut cu două tuburi laterale:

un sifon (3) care ajunge la circa 1/3 din înălțimea extractorului și care servește la trecerea solventului cu grăsime din extractor în balon;

un tub mai larg (4) care face legătura între balon și partea superioară a extractorului, prin care trec vaporii de solvent în refrigerent;

un refrigerent ascendent cu coloană în zig-zag (5);

o baie de nisip pentru încălzirea aparatului (6).

Fig. 3.4 Aparatul Soxhlet[14]

Umiditate% – se determină în laborator, prin uscare la etuvă. Determinarea constă în uscarea unei cantități de produs până la masă constantă. Pierderea în greutate, calculată procentual, reprezintă conținutul de apă.

Densitatea în vrac – se măsoară cu un recipient cu volum de 2L

Textură

Aromă

Acești factori de calitate sunt analizați in funcție de standarde interne și în funcție de standardul național pentru produsele extrudate.

Ȋn conformitate cu SP2530/97, snacksurile trebuie sa indeplineasca condițiile de calitate din tabelele 3.1 și 3.2.

Tabel 3.1 Proprietăți organoleptice produse extrudate [15]

Tabel 3.2. Proprietăți fizico-chimice pentru produse extrudate [15]

3.2. Verificarea calității ambalajului

Pentru determinarea calității pungilor se evaluează următoarele aspecte:

integritatea sudurii: în mod optim, sudurile verticale și orizontale opun rezistență unei presiuni normale exercitate în momentul în care punga este presată;

existența resturilor de produs în sudură: nu trebuie să existe produs în lipituri;

aspectul sudurii verticale: nu trebuie să existe deformări excesive datorate căldurii;

aspectul sudurilor orizontale: adâncimile și alinierea sudurilor trebuie să fie uniforme, fără cute sau încrețituri; nu trebuie să existe deformări excesive datorate căldurii;

centrarea imaginii pe verticală: nu trebuie să existe imagine in lipiturile orizontale; semnele de fotocelule trebuie să fie perfect centrate în ambele lipituri orizontale.

centrarea imaginii pe orizontala: trebuie să existe o suprapunere completă a părților de pe dosul pungii;

calitatea imprimarii: imprimarea trebuie să fie corectă, imaginea centrată și fără greșeli de printare.

urme de formere: suprafața trebuie să fie complet netedă, fără urme.

poziția suprapunerii în sudura verticală: punga trebuie să fie lipită, fără imagine acoperită de lipitura verticală; lățimea lipiturii trebuie să fie de 10 2mm; o mică prelungire a filmului de 2mm este acceptabilă;

aspectul taieturii: tăietura trebuie sa fie netedă, la același nivel.

calitatea codului inscriptionat pe ambalaj: codul trebuie să fie corect, lizibil, centrat în spațiul destinat codului.

valoarea EHS și oxigenul rezidual: se determină cu aparatul Mocon Pac Check 830 Model.

EHS trebuie sa fie <50 microni; oxigenul rezidual <2%.

gradul de umplere cu gaz a pungilor.

Concluzii

Lucrarea de dizertație “Tehnologia snacksurilor extrudate” a fost structurată în 3 capitole.

Ȋn primul capitol au fost prezentate:

-noțiunea generală de extrudare și modul în care acest procedeu a pătruns în industria alimentară.

-extruderul, utilajul în care are loc extrudarea, fiind prezentate diferite variante constructive de extrudere, avantajele și dezavantajele lor.

-modificările care au loc în aliment în timpul extrudării, fiind astfel descrise modificări ale amidonului, modificări ale proteinelor, modificări ale lipidelor, modificări ale fibrelor.

Ȋn al doilea capitol au fost descrise pe rând etapele fluxului tehnologic de obținere a snacksurilor extrudate. Structura fiecărui subcapitol a conținut descrierea teoretică a etapei, urmată de exemplificarea utilajelor folosite în etapa respectivă și de datele experimentale. Principalele etape în care au fost făcute experimente sunt:

-extrudarea și tăierea produsului, în care au fost monitorizate:

-alimentarea cu mălai;

-temperatura;

-viteza cuțitului

-viteza extruderului;

-coacerea, în care au fost monitorizate:

-timpul de uscare;

-temperatura aerului;

-circulația aerului;

-grosimea patului de produs;

-alimentarea uscătorului cu produs;

-aromatizarea, în care au fost monitorizate:

-viteza pompei peristaltice;

-poziția tamburului de aromatizare.

Ȋn cel de-al treilea capitol au fost prezentate determinările de calitate atât ale produsului extrudat cât și ale ambalajului.

Lucrarea de dizertație a fost concepută îmbinând elemente teoretice din sursele bibliografice menționate cu partea practică desfășurată în cadrul companiei StarFoods, una din cele mai mari companii producătoare de snacksuri extrudate din România.

Bibliografie

http://www.wiley-vch.de/, Wiley WCH, ianuarie 2016

Moscicki. L., Mitrus. M. and Wojtowicz, A., Tehnica de extrudare în procesarea alimentelor, Varșovia, 2007

Bruin. S., van Zuilichem, D.J., and Stolp. W., Aspecte fundamentale și de inginerie de extrudare a polimerilor într-un extruder cu un singur șnec, 1978

Van Zuilichem, D.J., Extrudarea – știință? Wageningen University, Olanda, 1993.

H.G. Ramachandra, M.L. Thejaswini, Tehnologia de extrudare, o nouă metodă de prelucrare a produselor alimentare, 2015

Neamțu Gavril, , Biochimie alimentară, București, ed. Ceres, 1997

STR 437/1989 – Mălai

STAS 1342/91 – Apă potabilă

http://www.maddoxmetalworks.com/, Maddox Metal Works, februarie 2016

Manual utilizare MX650, Maddox Metal Works, Inc, 1997, revizuit 2007

http://www.ishidaeurope.com/, Ishida Europe, martie 2016

Proceduri lucru PepsiCO, 2010

www.kliklokwoodman.com/, Kliklok Woodman Packaging Machinery, martie 2016

Anca Mihaela Dicu, Simona Perța-Crișan, Calitatea și analiza senzorială a alimentelor, 2012, Arad, ed. Universității Aurel Vlaicu

SP2530/97 – Pufuleți