
10 Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения
концентрации и экструдирования пищевых сред
ской обработки, структурообразования, выпрессовывания и сушки пищевых материа-
лов.
Экструдер заменяет ряд периодических процессов и оборудования, а сам процесс
экструзии позволяет направленно изменять свойства и структуру перерабатываемого
материала, обеспечивает непрерывность процесса, возможность непрерывной подачи
в перерабатываемый материал ароматизаторов, красителей, пластификаторов и вкусо-
вых добавок.
При термопластической экструзии сырье в процессе перемещения в экструдере от
входа к выходу подвергают двухстадийному нагреванию. На первой стадии осущест-
вляется нагрев сырья до температуры 60...80 °С. При такой температуре и содержа-
нии воды до 30 % биополимеры пластифицируются и переходят из стеклообразного
состояния в высокоэластическое. На второй стадии температура обычно поддержива-
ется в пределах 120... 190 °С, материал переходит в вязко-текучее состояние, образуя
расплав биополимеров. В этих условиях происходит денатурация нативных белков и
желатинизация крахмалов. При этом кристаллические области способных к кристал-
лизации биополимеров, например амилозы и амилопектина в составе крахмала, пла-
вятся, а аморфные переходят из неупорядоченного высокоэластического состояния в
вязко-текучее. Начинается структурообразование расплавов, фиксируемое затем в
получаемых экструдатах.
Наиболее интенсивно структурообразование расплавов биополимеров протекает
под действием сил сдвига и растяжения в головке экструдера. Это обусловлено изме-
нением реологических условий течения в этих зонах.
Форма экструдата определяется формой отверстий в матрице, которую устанав-
ливают на выходе материала из экструдера. Экструзионные продукты питания, со-
держащие преимущественно крахмал, могут иметь однородную или пористую микро-
структуру, а продукты, основным компонентом которых являются белки, характери-
зуются волокнистой или пористой анизотропной микроструктурой.
Необходимыми условиями получения экструзионных продуктов питания являют-
ся:
увлажнение и пластификация сырья, получение расплава биополимеров, денатура-
ция белков и клейстеризация крахмалов, структурирование расплава под действием
сил сдвига и растяжения, его охлаждение и формование.
При термопластической экструзии в перерабатываемом материале происходят
необратимые биофизические изменения, прежде всего белков, крахмала и сахара.
Экструдат затем сушат или обжаривают и покрывают вкусовыми добавками. Спосо-
бом термопластической экструзии получают сухие завтраки, хлебцы, сухие напитки,
супы, аналоги мясо- и рыбопродуктов.
Для создания рабочих теорий процесса экструзии правомерно использование
моделей изотермического, адиабатического, политропического и произвольного те-
плового режимов работы зоны дозирования.
Для рассмотрения традиционных математических моделей процессов экструзии,
удобнее всего разделить их на три основные группы моделей: гидродинамические,
геометрические и реологические.
Так, уравнение математической модели дозирующей зоны экструдера по Мак-
Келви имеет вид:
n = F
d
[{U
z
hW)/2]-[(h
i
w)/{l2
l
i
H
)](dP/dz)F
p
,
где П - объемная производительность зоны дозирования, м
3
/с; U
z
- компонента скоро-
сти движения корпуса относительно шнека в направлении z, м/с; h - глубина канала