ЭКСТРУДЕР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОЛЕЧЕК С НАЧИНКАМИ
EXTRUDER FOR PRODUCTION OF RINGS WITH FILLING

Изобретение относится к оборудованию для производства экструдированных пищевых продуктов из растительного сырья в различных отраслях перерабатывающей промышленности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является шнековый экструдер для производства продуктов с начинкой [Пат. №2277363 РФ, МПК A23P 1/12, A21C 9/06, B29C 47/78. Шнековый экструдер для производства продуктов с начинкой. / Остриков А.Н., Абрамов О.В., Соколов И.Ю. - 2005101155/13; Заявлено 19.01.2005; Опубл. 10.06.2006, Бюл. №16], включающий пропариватель, под которым в корпусе экструдера имеются отверстия для подачи пара в рабочую камеру, выполненные под углом к его оси, с разным диаметром. Продуктопровод представляет собой устройство для подачи начинки и одновременно создания воздушной прослойки между ней и оболочкой продукта, состоящее из двух концентрично расположенных цилиндрических трубок, каждая из которых, в свою очередь, разделена на две части, расположенные под углом 90° друг к другу, соединенные между собой резьбовым соединением, причем одна из них находится в верхней части формующей головки, а другая - по ее оси. При этом между трубками, расположенными по оси формующей головки с торцевой стороны, и в формующем канале вставлены кольца, препятствующие радиальному перемещению трубок.
Недостатком известной конструкции экструдера является возможность получения продукта только с одним видом начинки, что снижает выпуск ассортимента готовой продукции, образование мертвой зоны, что приводит к снижению качества готового продукта.
Технической задачей изобретения является получение экструдатов высокого качества, сбалансированных по белковому составу, повышение их пищевой и биологической ценности, расширение ассортимента экструдатов, возможность введения в готовый продукт различных начинок, а также исключение возможности образования «мертвой зоны» продукта в матрице.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в экструдере для производства колечек с начинками, содержащем корпус, шнек с приводом, матрицу, новым является то, что шнек имеет конусообразную форму с постоянно уменьшающимся шагом витков, в корпусе выполнено кольцевое отверстие, предназначенное для поддержания необходимого температурного диапазона, внутри которого по винтовой линии расположена металлическая лента, предназначенная для винтового движения теплоносителя, в кольцевое отверстие через нижний патрубок подается теплоноситель, а через верхний - отводится, к матрице подводится продуктопровод, содержащий четыре патрубка, расположенные под углом 90°, соединенный с кольцеобразной полостью, внешняя часть которой имеет кольцевую конусообразную часть, при этом продуктопровод подключен к системе, обеспечивающей импульсный ввод начинки между слоями готового продукта, перед выходом из матрицы продукт проходит полость окончательного формования, а на выходе из матрицы срезается вращающимся ножом, настроенным на синхронную работу с системой импульсной подачи начинки.
Технический результат изобретения заключается в повышении качества получаемого готового продукта за счет введения в экструдат различных начинок, устранении образования «мертвой зоны» продукта в матрице, в расширении ассортимента продукции.
На фиг. 1 представлена рабочая камера экструдера для производства колечек с начинками, на фиг. 2 - матрица экструдера, на фиг. 3 - временная диаграмма подачи продуктов и работы срезающего ножа; на фиг. 4 - схематическое изображение готового продукта с начинкой.
Экструдированные продукты, производимые в настоящее время, не сбалансированы, поскольку их основу составляют зерновые смеси (рис, кукуруза и т.д.). Поэтому для повышения их биологической ценности и сбалансированности необходимо научное обоснование выбора новых поликомпонентных смесей с повышенным содержанием белков, витаминов и жира.
При выборе рецептурного состава экструдата с начинкой учитывали ряд факторов. Во-первых, необходимость максимального обогащения экструдата, содержащего, в основном, углеводы и белковые компоненты, витаминами, жиром для достижения их лечебно-профилактической или физиологической дозы. Во-вторых, достижение приятного вкуса и привлекательной структуры, характерной для продуктов данного класса. Поэтому наряду с развитой структурой экструдата необходимо стремиться к получению продуктов, сбалансированных по пищевой и биологической ценности.
Экструдер представляет собой корпус 1 с загрузочным патрубком 2 матрицы 3 и шнеком 6 (фиг. 1).
В корпусе 1 выполнено кольцевое отверстие 5, в которое через патрубок 4 подается теплоноситель, а через патрубок 7 он отводится. Внутреннее кольцевое отверстие 5 расположено по винтовой линии металлической ленты 16, предназначенной для винтового движения теплоносителя. Кольцевое отверстие 5 предназначено для поддержания необходимого температурного диапазона для правильной работы экструдера.
К матрице 3, состоящей из корпуса 14 и фильеры 15, присоединен продуктопровод 9. Соосно формующему отверстию фильеры 15 установлен стержень 10. Продуктопровод 9 подает начинку в кольцеобразную полость 11 через четыре патрубка 17, расположенные под углом 90°, в результате начинка распределяется между верхним и нижним слоем экструдата (фиг. 2). Перед выходом экструдированного продукта из матрицы он проходит через полость окончательного формования продукта 8.
Для получения экструдатов с более сбалансированным пищевым составом необходимо в их состав вводить белково-витаминные смеси, а также жировую начинку. При введении этих термолабильных начинок вместе с исходным сырьем они при обработке в экструдере под действием высоких температур и давлений разлагаются. Именно этим соображением обусловлена необходимость отдельного ввода термолабильной начинки в получаемый экструдат.
Стержень 10 имеет конусообразную часть 13, предназначенную для обеспечения плавного обтекания расплавленным продуктом, а также для предотвращения образования мертвых зон. На кольцеобразной полости 11 также имеется конусообразная окаемка 12, предназначенная для плавного перераспределения движения потоков экструдата.
Экструдер для производства колечек с начинками работает следующим образом.
Включается электродвигатель, который с помощью привода приводит во вращение шнек 6.
Перерабатываемая зерновая смесь через загрузочный патрубок 2 поступает в зону загрузки винтового канала шнека 6 и перемещается им за счет разницы сил трения между продуктом, стенками корпуса рабочей камеры 1 и винтовым каналом шнека 6.
По мере продвижения продукт в зоне смешения частично перемешивается, в зоне сжатия происходит скачкообразное увеличение давления и уплотнение продукта вследствие резкого уменьшения размеров винтового канала шнеков. В зоне пластификации осуществляется превращение гранул продукта в расплав за счет трения между частицами продукта и витками шнека. Затем происходит дальнейшее сжатие продукта.
Далее продукт поступает в зону гомогенизации, где происходит его окончательный переход из твердой фазы в вязкопластичную. На этом участке происходит плавление за счет преобразования механической энергии шнека 6 в тепловую энергию, а также за счет внутреннего трения непосредственно в самом продукте при работе экструдера в автогенном режиме.
Под действием значительных давлений и температур происходит нарушение упорядоченности внутреннего строения молекулы, количественно определяемое изменением физико-химических свойств белков (растворимости, способности к гидратации, вязкости растворов, устойчивости к действию ферментов, биологической активности и др. [Остриков, А.Н. Экструзия в пищевой технологии [Текст]. / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, А.С. Рудометкин. - СПб.: ГИОРД, 2004. - 288 с.].
Давление расплава продукта в зоне дозирования достигает необходимого значения, обеспечивается окончательное расплавление мелких включений и образуется расплав, однородный по структуре и температуре. Это позволяет для нормальной работы экструдера иметь заданную, однородную по сечению температуру расплава продукта.
В зоне стабилизации происходит выравнивание давления и температурных полей расплава продукта. Затем он попадает в предматричную зону и продавливается через выходное отверстие в матрице 3.
В момент начала выхода из формующего отверстия фильеры 15 первых порций экструдата по продуктопроводу 9 через кольцеобразную полость 11 с конусообразной окаемкой 12 начинается импульсная подача начинки в полость окончательного формования 8 жгута поликомпонентного экспедированного продукта, который на выходе из матрицы 3 срезается вращающимся ножом (условно не указан), настроенным на синхронную работу с системой импульсной подачи начинки (фиг. 3), образуя при этом готовый продукт в виде экуструдированных колечек с начинкой (фиг. 4).
После того как экструдер проработал первые 3-5 минут, смотрят, какой выходит продукт. Если наблюдается его подгорание, то в кольцевое отверстие 5 через патрубок 4 подается холодный теплоноситель, а через патрубок 7 он отводится. Если же продукт недостаточно проваривается, то в кольцевое отверстие 5 подается горячий теплоноситель. При этом лента 16, расположенная внутри кольцевого отверстия 5, придает винтовое движение теплоносителю для максимального использования его энергетического потенциала.
Таким образом, использование изобретения позволяет:
- повысить качество готового продукта;
- обеспечить необходимую глубину физико-химических превращений компонентов обрабатываемого продукта за счет регулирования теплоподвода в кольцевом отверстии;
- повысить технологические возможности экструдера для производства поликомпонентных продуктов;
- увеличить ассортимент выпускаемой продукции различного поликомпонентного состава.