СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЭКСТРУДИРОВАННЫХ ПИЩЕВЫХ И КОРМОВЫХ ПРОДУКТОВ
METHOD AND DEVICE FOR PREPARATION OF EXTRUDED FOOD AND FODDER PRODUCTS

Изобретение относится к пищевой и кормовой промышленности, а именно к области экструзионной обработки пищевых и кормовых продуктов из зернового, бобового сырья или пищевых сырьевых смесей.
Известно устройство для приготовления экструдированных пищевых продуктов, содержащее рабочую камеру с загрузочным патрубком и матрицей, двухзаходный шнек переменного диаметра и привод, при этом рабочая камера состоит из пяти модулей с различной конфигурацией корпуса и шнека, причем первый модуль, содержащий последовательно расположенные зоны загрузки, смешивания, сжатия и пластификации, имеет конический корпус с уменьшающимся в сторону матрицы внутренним диаметром и увеличивающимся диаметром вала шнека в зонах сжатия и пластификации. Кроме того, в зонах смешивания и пластификации витки шнека имеют прорези, площадь проходного сечения которых в зоне смешивания больше, чем в зоне пластификации, второй модуль, содержащий первую зону стабилизации давления, имеет постоянный диаметр корпуса и вала шнека, на котором расположены с постоянным шагом двухзаходные штифты ромбического профиля, а рабочие поверхности шнека и корпуса изготовлены с повышенной чистотой обработки, третий модуль, содержащий последовательно расположенные зоны сжатия и гомогенизации, имеет конический корпус с уменьшающейся в сторону матрицы конусностью и увеличивающимся диаметром вала шнека, четвертый модуль, содержащий вторую зону стабилизации давления, имеет постоянный диаметр вала шнека с расположенными на нем с постоянным шагом двухзаходными штифтами ромбического профиля, а рабочие поверхности шнека и корпуса изготовлены с повышенной чистотой обработки, пятый модуль, содержащий последовательно расположенные зоны сжатия, гомогенизации и дозирования, имеет уменьшающийся шаг нарезки в зоне сжатия и дозирования, во втором и третьем модулях в зоне гомогенизации шнек выполнен с обратной нарезкой и прорезями в витках шнека (RU 2177702 C1, 10.01.2002).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, высокие энергозатраты на получения конечного продукта.
Наиболее близким аналогом является устройство и способ изготовления пищевого продукта экструзией, при котором пищевое сырье вводят, смешивают и подвергают обработке в первой секции экструдера со сдвоенным шнеком, обработку полученной массы продолжают в варочном агрегате, соединенном в ряду с первой секцией и второй секцией экструдера, динамически отделенной от первой секции при помощи средства динамического разделения, содержащего блокирующую зону, где узел со сдвоенным шнеком имеет противоположно направленные витки, далее массу вновь вводят во вторую секцию, массу экструдируют посредством пропускания ее через фильеру, после чего экструдированный продукт нарезают. Устройство для осуществления вышеуказанного способа содержит экструдер со сдвоенным шнеком, разделенным на две отдельные секции при помощи средства динамического разделения, варочный агрегат, соединенный в ряду с первой секцией и второй секцией, фильеру и режущее средство, при этом средство динамического разделения содержит блокирующую зону, где узел со сдвоенным шнеком имеет противоположно направленные витки (RU 2178981 C2, 10.02.2002).
Недостатком наиболее близкого аналога является то, что в известном способе и устройстве присутствуют высокие энергозатраты на выработку продукции, а качество получаемого продукта является невысоким.
Задачей изобретения является снижение энергозатрат на выработку продукции и повышение качества конечного продукта по однородности и структуре.
Поставленная задача решается за счет того, что способ приготовления экструдированных пищевых и кормовых продуктов из зернового, бобового сырья или пищевых сырьевых смесей согласно изобретению характеризуется тем, что в экструзионную камеру подают сырье и воду, увлажненное сырье направляется транспортирующими шнековыми элементами последовательно в зону с месильными шнековыми элементами, затем транспортирующими шнековыми элементами в зону реверсивных шнековых элементов, в зону отвода пара с транспортирующими шнековыми элементами и далее - в предматричную зону экструзионной камеры, после чего выдавливается через формующие фильеры матрицы, при этом в зоне с месильными шнековыми элементами осуществляют предварительную подварку сырья рекуперативным паром, который отводят из зоны отбора пара через паропровод с расширительной камерой, регулирующим вентилем и форсункой, через которую пар подают в зону с месильными шнековыми элементами, при этом в зоне реверсивных шнековых элементов поддерживают температуру 160-200°C, давление 3-10 МПа и влажность сырья 12-20%.
Также поставленная задача решается за счет того, что устройство для приготовления экструдированных пищевых и кормовых продуктов из зернового, бобового сырья или пищевых сырьевых смесей способом по п. 1 согласно изобретению характеризуется тем, что оно включает экструзионную камеру с последовательно расположенными зонами: транспортирующих шнековых элементов, месильных шнековых элементов, транспортирующих шнековых элементов, реверсивных шнековых элементов, транспортирующих шнековых элементов, предматричную зону и формующие фильеры матрицы, при этом сразу после зоны реверсивных шнековых элементов транспортирующие шнековые элементы выполнены с шагом, в 1,5-2 раза превышающим шаг остальных шнековых элементов, с образованием зоны отбора пара, сообщенной с расширительной камерой паропровода, который снабжен регулировочным вентилем и соединен с помощью форсунки с зоной месильных шнековых элементов, причем протяженность зоны отбора пара составляет 1,0-1,5 витка транспортирующего шнекового элемента в этой зоне.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является снижение нагрузки привода экструдера на 14-17% за счет использования рекуперации пара, предварительная обработка сырья рекуперативным паром обеспечивает уже в начальных зонах камеры экструдера снижение механических затрат на последующую обработку, прежде всего в реверсивных шнековых элементах. При этом суммарное влагосодержание смеси сырья на участке от зоны подачи рекуперативного пара до зоны его отбора складывается не только из влажности сырья и подачи технологической воды, но и с прибавлением конденсата рекуперативного пара. В этом случае получаемый продукт обладает более светлыми оттенками, что указывает на сниженное меланоидиновое образование.
Сущность заявленной группы изобретений поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - схематичное изображение экструзионного процесса в экструдере, обеспечивающем рекуперацию пара.
Фиг. 2 - схематичное изображение шнека с различными зонами шнековых элементов.
Перечень позиций на фиг. 1: 1 - камера экструдера; 2 - паропровод с расширительной камерой; 3 - манометр; 4 - вентиль; 5 - месильные шнековые элементы; 6 - реверсивные элементы шнеков; 7 - форсунка; 8 - транспортирующие шнековые элементы; 9 - предматричная зона; 10 - формующие фильеры матрицы; 11 - транспортирующие шнековые элементы с увеличенным шагом.
Перечень позиций на фиг. 2: 12 - зона подачи сырья и воды; 13 - зона месильных шнековых элементов; 14, 17 - зоны транспортирующих шнековых элементов; 15 - зона реверсивных шнековых элементов; 16 - зона отбора пара, в которой транспортирующие шнековые элементы имеют шаг, увеличенный в 1,5-2 раза.
Процесс экструзионной переработки зернового, бобового сырья или пищевых сырьевых смесей с использованием рекуперации пара осуществляется следующим образом.
Сырье и вода поступают в экструзионную камеру 1 с вращающимися шнеками. В зоне 12 (рис. 2) с транспортирующими шнековыми элементами 8 увлажненное сырье поступает последовательно в зону 13 с месильными шнековыми элементами 5, далее транспортирующими шнековыми элементами 8 сырье направляется в зону 15 реверсивных шнековых элементов 6, где достигается максимальное термомеханическое воздействие на перерабатываемое сырье при температуре 160-200°C и давлении 3-10 МПа. Сразу после окончания реверсивных шнековых элементов перерабатываемая масса переходит в зону отбора пара 16, где установлены транспортирующие шнековые элементы 11, имеющие шаг, увеличенный в 1,5-2 раза. На экструзионной камере 1 в зоне 16 отбора пара расположен паропровод с расширительной камерой 2, куда поступает пар, образующийся при испарения влаги из сырья при падении давления до 0,2-0,5 МПа в этой зоне, где свободный объем транспортирующих шнековых элементов больше свободного объема реверсивных шнековых элементов. Причем протяженность зоны отбора пара составляет 1,0-1,5 витка транспортирующего шнекового элемента в этой зоне.
Затем по паропроводу пар направляется в зону 13 месильных шнековых элементов 5 (после ввода сырья и воды) через форсунку 7, где происходит интенсивное внедрение пара в сырье с его разогревом. В этой зоне рекуперативный пар обеспечивает предварительную дополнительную тепловую обработку - подварку, что подготавливает перерабатываемое сырье к последующей обработке, но с меньшей затратой энергии. С помощью манометра 3 и вентиля 4 обеспечивается контроль и регулирование подачи пара в процессе его рекуперации.
Далее после частичного отбора пара расплав сырья транспортирующими шнековыми элементами 8 подается в предматричную зону 9 камеры экструдера и затем масса выдавливается через формующие фильеры матрицы 10.
После экструзии, в атмосферных условиях, при резком перепаде давления и температуры происходит остаточное пароиспарение, и полученный выпрессованный продукт приобретает новые высокомодифицированные свойства.
Выход за рамки заявленных параметров осуществления процесса не позволит получить пищевой или кормовой продукт, обладающий вышеописанными свойствами.