3.2. Прессование

Сущность и назначение процесса. Сущность прессования заключается в том, что на продукт оказывают давление, под действием которого происходит изменение его свойств.

Среди механических процессов процесс прессования зани­мает промежуточное место. Прессование применяется и для создания однородных систем, и для их разделения.

В пищевой промышленности и общественном питании про­цессы прессования подразделяют на следующие виды: отжатие, предназначенное для отделения жидкости от влагосодержащих продуктов; формование и штамповка, предназначенные для придания продуктам, полуфабрикатам определенной гео­метрической формы; собственно прессование и брикетирова­ние, предназначенные для уплотнения сыпучих материалов или каких-либо разрозненных частиц в плотные агрегаты; экстру­зия, предназначенная для одновременного воздействия на про­дукт прессования и нагревания.

Отжатие в общественном питании осуществляется с двоя­кой целью. Во-первых, для отделения жидкости как более цен­ного компонента от твердого продукта. Обычно таким образом получают различные соки для последующего приготовления из них киселей, муссов, соусов.

Во-вторых, для отделения жидкости как менее ценного ком­понента от твердого продукта. Например, отделение сыворотки от творога при приготовлении некоторых кулинарных изделий из него.

Таким образом, отжатие – типичный процесс разделения твердых систем, содержащих жидкие фракции. Одновременно он является и процессом образования однородных систем, так как в результате получают однородную жидкость и однород­ный твердый уплотненный остаток, который может иметь форму брикета.

Формование и штамповка наиболее часто применяются в общественном питании при изготовлении кондитерских изде­лий и продуктов из теста, а также при приготовлении котлет и т. п. При этом процессе не происходит разделения системы. К процессам формования и штамповки может быть отнесена экструзия, при которой происходят формовка и изменение структуры материала.

Собственно прессование или брикетирование применяют для производства, например, мясных формованных продуктов из отдельных кусков после их варки, а также брикетов из от­ходов сырья и остатков пищи. В результате этих процессов получают однородную массу в виде брикетов, плит.

Экструзией называют процесс продавливания материала через профилирующие головки, в результате которого полу­чают продукт требуемой формы. При этом необходимо, чтобы материал продавливался при соответствующих температурах и давлениях. Давление создается специальными прессующими устройствами.

Экструзию все шире применяют в пищевых производствах и общественном питании. Этот процесс открывает большие перспективы при производстве многих продуктов.

Продукты, получаемые с помощью экструзии, имеют повы­шенные питательные свойства, меньшую плотность, большую гигроскопичность и хрупкость. Они лучше усваиваются орга­низмом человека. При экструзии овощей, мучных изделий они подвергаются бланшированию, которое задерживает окисли­тельные процессы и их порчу.

В качестве примера экструзионных процессов можно при­вести приготовление концентратов кулинарных соусов, не тре­бующих варки. Термообработка соусов осуществляется одно­временно с прессованием.

Основные факторы, влияющие на прессование. На про­цессы прессования оказывают влияние следующие основные факторы: величина давления; свойства и состав материала, осо­бенно его прочность и пористость; размеры материала; продол­жительность процесса прессования; термические условия про­ведения процесса; толщина прессуемого слоя.

В общем случае с увеличением давления эффективность прессования повышается. Однако величина давления при прес­совании ограничена технологическими особенностями произ­водства. Избыточное давление часто ведет к потерям ценных компонентов продукта, попаданию в готовый продукт отходов. Например, при отжатии плодов избыточное давление приводит к тому, что в сок попадают частицы кожуры или косточек. Кроме того, увеличение давления при прессовании связано с перерасходом энергии.

Совершенно очевидно, что при прессовании прочных, мало­пористых продуктов эффективность процесса уменьшается. Та­кие продукты в меньшей степени подвержены уплотнению, чем мягкие и пористые. Продукты, подвергающиеся брикетирова­нию, не должны содержать компонентов, несовместимых друг с другом. Наоборот, они должны обладать взаимной лип­костью. Для этих целей, например, при брикетировании в про­дукт добавляют связующую жидкость. Эффективность прессо­вания зависит от взаимного сцепления частиц, а также дейст­вия капиллярных сил, возникающих вследствие уплотнения частиц.

Обратно пропорциональное влияние на эффективность про­цесса прессования оказывает размер прессуемого материала. Поэтому при прессовании часто прибегают, когда это воз­можно, к предварительному измельчению исходного материала. Эффективность прессования находится в прямо пропорциональной зависимости от продолжительности процесса. В об­щем можно утверждать, что с увеличением продолжительности эффективность процесса прессования возрастает.

Наконец, о термических условиях проведения процесса. Здесь тоже есть определенные зависимости, которые связаны со свойствами материала и эффективностью процесса прессо­вания. Во многих случаях при отжатии сока из плодов их под­вергают нагреванию, которое способствует разрушению струк­туры и улучшению соковыделения. Нагревание используют при брикетировании.

Толщина прессуемого слоя обратно пропорциональна эф­фективности прессования. С увеличением толщины прессуе­мого слоя эффективность прессования резко падает. Например, при прессовании слоя творога высотой 150 мм продолжитель­ность процесса составляет около 25 мин. При уменьшении высоты слоя в 2 раза продолжительность прессования сокра­щается в 5 раз.

Аппараты для прессования (прессы). Эти аппараты характе­ризуются большим многообра­зием: прессы специального на­значения, прессы универсального назначения. Ниже рассмотрены лишь основные типы прессов.

К числу прессов специального назначения относятся гид­равлические прессы (рис. 28). На материал, подвергаемый прессованию, оказывает усилие поршень большого цилиндра, в котором на основе закона Паскаля создается такое же дав­ление, как в малом цилиндре.

Рис. 28. Схема гидравлического пресса:

1 – поршень малого цилиндра; 2 – поршень большого цилиндра;

3 – прессуемый материал; 4 – неподвижная плита

Суммарное усилие на поршень в малом цилиндре будет равно

P_м = πd₁²p/4, (2)

где р – давление, Па; d₁ – диаметр малого цилиндра, м.

Соответственно суммарное усилие на поршень в большом цилиндре можно определить по формуле

P_б = πd₂²p/4, (3)

где d₂ – диаметр большого цилиндра, м.

Соотношение сил давления (суммарных усилий) в большом и малом цилиндрах на основании формул (2 и 3) можно записать так:

P_м/P_б = d₂²/d₁². (4)

Для отжатия применяют различного рода шнековые прессы (рис. 29). Сырье из загрузочного бункера поступает в перфо­рированный конус, внутри которого вращается шнек. Жид­кость, выделяемая из сырья под воздействием усилий, созда­ваемых шнеком, собирается внизу корпуса и выходит через патрубок. Величина создаваемого шнеком усилия регулируется размером за­зора между перфорированным ко­нусом и регулирующей пробкой. Чем меньше этот зазор, тем больше создаваемое усилие. Через этот за­зор выходит отжатый (обезвожен­ный) продукт.

Рис. 29. Схема шнекового пресса для отжатия:

1 – загрузочный бункер; 2 – корпус; 3 – перфорированный конус;

4 – конический шнек; 5 – регули­рующая пробка;

6 – патрубок для выхода жидкости; 7 – приводной вал

Среди формовочных аппаратов, которые также могут выполнять отжатие, наиболее известны барабан­ные (рис. 30). Формуемый мате­риал (тесто) с приемного лотка захватывается принимающим бара­баном. Далее на него воздействует штампующий барабан, на котором нанесен штамп рисунка. Отводя­щим барабаном материал, на который нанесен рисунок, пода­ется на лоток для готового продукта.

Для приготовления различных хлебобулочных изделий ши­роко используют ленточные формовочные аппараты (рис. 31). Они называются также прокаточными. Продукт, подлежащий формованию, пропускают между движущимися навстречу друг другу лентами (ленточными транспортерами).

Рис. 30. Схема барабанного формовочно-штамповочного аппарата:

1 – формуемый материал; 2 – приемный ло­ток; 3 – принимающий барабан;

4 – штам­пующий барабан; 5 – отводящий барабан;

6 – лоток для готового продукта; 7 – гото­вый продукт

Рис. 31. Ленточный формовочный аппарат:

1, 3 – ленты; 2 – про­дукт

Для осуществления экструзионных процессов применяют различные экструдеры. На рис. 32 представлена схема чер­вячного экструдера. Продукт, подлежащий экструзии, загру­жают в бункер. В зоне загрузки цилиндр имеет полости для охлаждающей воды. Из бункера продукт захватывает червяк, в левую часть которого поступает горячая вода, нагревающая продукт. Цилиндр также нагревается за счет работы электро­нагревателей. Нагретый или даже расплавленный продукт чер­вяком продавливается через фильтрующую сетку, а затем про­ходит через решетку и попадает в головку, из которой прохо­дит формующий канал.

Рис. 32. Схема червячного экструдера:

1 – полость для охлаждающей воды; 2 – червяк; 3 – канал для подачи в червяк горячей воды; 4 – цилиндр; 5 – фланец; 6 – головка; 7 – формующий канал головки; 8 – решетка; 9 – фильтрующая сетка; 10 – электрические нагреватели; 11 – за­грузочный бункер