3 Уплотнение и формование теста

На современных макаронных предприятиях уплотнение мака­ронного теста и формование из него сырых изделий осуществля­ют на шнековых прессах. В состав промышленных макаронных прессов кроме прессующего устройства входят дозаторы муки и воды и тестосмесители. Шнековые макаронные прессы классифицируют по числу корыт тестосмесителя (одно-, двух-, трех- и четырехкорытные), по числу прессующих устройств или прессующих шнеков (одно-, двух- и четырехшнековые), по форме матрицы (круглая или пря­моугольная).

Технологическая схема шнекового макаронного пресса

Мука и вода непрерывными потоками в определенном соот­ношении подаются дозаторами в тестомесильное корыто. Здесь эти ингредиенты подхватываются лопастями вращающегося вала, перемешиваются и медленно перемещаются лопастями месиль­ного вала, которые повернуты на некоторый угол относительно плоскости, перпендикулярной к оси вала, к противоположному торцу тестомесильного корыта. Образовавшаяся к концу замеса крошковатая или мелкокомковатая масса теста через перепуск­ное отверстие поступает в шнековый цилиндр прессующего уст­ройства.

Основной рабочий орган прессующего устройства — шнек. При его вращении сыпучая масса теста перемещается к прессо­вой головке. Матрица, установленная в нижней части прессовой головки, пропускает только 10...20 % нагнетаемой к ней шнеком массы теста. Вследствие этого в головке и в шнековой камере возникает противодавление, в результате чего тесто уплотняется, превращается в связанную плотную тестовую массу. В таком виде тесто продавливается через отверстия матрицы в виде пря­дей отформованных сырых макаронных изделий.

При нагнетании уплотненной вязкой массы теста к матрице происходит разогрев теста в результате интенсивного трения его о лопасти вращающегося шнека. Для снижения температуры теста во время работы пресса в водяную рубашку шнековой камеры, примыкающей к прессовой головке, подают холодную воду. После длительных остановок пресса водяную рубашку ис­пользуют для прогрева шнековой камеры перед началом прессо­вания теста.

Влияние параметров прессующего устройства пресса на процесс прессования

Фундаментальные исследования сложных явлений, происхо­дящих при движении макаронного теста в шнековой камере и каналах матрицы, на которых базируется современная теория прессования макаронного теста, были проведены В. В. Лукьяниным, Н. И. Назаровым, Ю. А. Мачихиным, Б. М. Азаровым, М. Н. Караваевым.

Физические свойства уплотненного теста. Говоря о замесе и прессовании макаронного теста, надо отметить, что под терми­ном «тесто» в макаронном производстве подразумевают два его вида, существенно различающиеся между собой по внешнему виду и физическим свойствам: сыпучая крошковатая масса, по­ ступающая после замеса в шнековую камеру пресса, и связанная масса крутого теста, уплотненная в шнековой камере и продав­ливаемая сквозь отверстия матрицы. Рассмотрим подробнее ос­новные свойства уплотненного теста.

В таком виде макаронное тесто является упругопластичновязким коллоидным телом (веществом).

Упругость макаронного теста, т. е. свойство восстанавливать первоначальную форму при мгновенном снятии приложенной нагрузки, проявляется при малых и кратковременных нагрузках.

Пластичность макаронного теста, т. е, способность к формо­изменению и течению при напряжениях выше критического, называемого пределом упругости, проявляется при значительных по величине нагрузках и длительном их воздействии, что проис­ходит, например, при формовании макаронного теста.

Вязкость теста является мерой сопротивления его текучести и определяется величиной сил сцепления его частиц между собой, называемых силами когезии: чем больше величина сил когезии теста, тем оно более вязкое, крутое. Таким образом, вязкость обратна текучести.

Для полимерных материалов, к которым относится и мака­ронное тесто, вязкость непостоянна. Она зависит от влажности, температуры, давления прессования и других факторов, которые мы подробно рассмотрим ниже.

- Отмеченные свойства уплотненного макаронного теста отра­жаются графически в виде кривой течения.

На рис. 8 изображены кривые течения идеальной (ньютонов­ской) жидкости (вода, растворы неорганических веществ, спир­ты, эфиры) — кривая 1 и вязкопластичного тела (макаронного теста) — кривая 2.

Для идеальной жидкости скорость течения V находится в по­стоянной пропорциональной зависимости от приложенного к ней давления р.

Кривая течения вязкопластичного тела не проходит через на­чало координат. Это говорит о том, что движение вязкопластич­ного тела, его деформация начинаются лишь тогда, когда оказы­ваемое на него давление превысит определенное значение — пре­дел текучести (предельное напряжение сдвига), величина которого зависит от природы вещества, его температуры, влаж­ности и других факторов.

1 – кривая жидкости; 2 – кривая вязкопластичного тела

Давление, Па

Рис 8. Кривые течения

За счет упругого последействия диаметр сырых макаронных изделий после выпрессовывания увеличивается примерно на 10 % по сравнению с диаметром формующего отверстия матри­цы, так как полного рассасывания напряжений за время прохож­дения тестом формующего канала не происходит, и чем меньше длина канала, тем в большей степени проявляется упругое пос­ледействие теста.

Движение теста в шнековой камере. При рассмотрении про­цесса перемещения и прессования макаронного теста в шнеко­вой камере принято различать четыре зоны (рис. 9): 7—прием и транспортирование теста, //—прессование (уплотнение), /// — перемещение спрессованного теста по виткам шнека, IV — на­гнетание спрессованного теста по цилиндрическому каналу трубы шнека и прессовой головке, подача его к матрице и вы-прессовывание через формующие отверстия матрицы.

Такое разделение следует считать условным. Оно основано на том, что в разных зонах выполняются различные операции. Од­нако эти зоны не являются разграниченными элементами, так как они образуют для теста единый непрерывный путь по межвитковому объему шнека и каналу прессовой головки.

Из корыта тестосмесителя пресса макаронное тесто в виде неоднородной сыпучей массы, состоящей из отдельных комков и крошек, поступает в /, приемную, зону нагнетающего шнека. Здесь тесто частично заполняет межвитковое пространство шнека и, следовательно, не полностью покрывает поверхность витков шнека и шнековой камеры.

Непрерывная винтовая поверхность, образуемая витками шнека, при вращении соприкасается с частицами теста и оказывает на них давление. Последнее передается соседним частицам геста, которые в данный момент не находятся в непосредствен­ном соприкосновении с поверхностью витков. Частицы теста в I зоне перемещаются в основном поступательно, а от вращатель­ного движения их удерживает сила собственной массы. Посколь­ку эта зона не заполнена тестом полностью и плотно, в ней отсутствует давление, и тестовая масса перемещается, как в обычном транспортном шнеке для кускового или сыпучего мате­риала. Поэтому процесс перемещения в / зоне обусловлен степе­нью заполнения тестом объема винтовой полости и характеризу­ется отсутствием давления и в основном неизменной объемной массой комкообразного и крошкообразного теста. В этой зоне тестовая масса перемещается свободно и ее частицы не связаны одна с другой. Концом приемной зоны считается та часть шнековой камеры, где начинается уплотнение теста и происходит нарастание давления.

Дпина, шнековой каперы, п

Во // зоне в отличие от / тестовая масса уплотняется и степень связанности частиц увеличивается. Сначала заполняется свободный межвитковый объем шнека, а затем тесто уплотняется за счет уменьшения промежутков между

Рис. 9. Деление прессующего устройства шнекового пресса на

зоны

частицами и вытеснения из него значительного количества воздуха. При этом увеличива­ются число и поверхность контактов между частицами теста. Далее происходит пластическая деформация самих частиц, кото­рая приводит к сближению внутренних поверхностей, склеива­нию частиц друг с другом клейковинными нитями и пленками. После этого наступает такой момент, когда вследствие слипания отдельных частиц в непрерывную связанную массу тесто пере­стает вести себя, как сыпучая масса, и начинает оказывать со­противление перемещению, как целое вязкопластичное тело.

Во //зоне в результате постепенного сжатия и максимального уплотнения теста обеспечивается рост давления от нуля до вели­чины давления прессования. Давление теста возникает только тогда, когда оно полностью заполнит весь свободный объем полости шнека. С ростом давления тестовой массы увеличивает­ся сила сцепления частиц между собой (прочность когезии) и с поверхностями шнека и шнековой камеры (прочность адгезии).

При уплотнении, сжатии тестовой массы сжимается и содер­жащийся в ней воздух. Однако вследствие конструктивных осо­бенностей шнека основная масса воздуха выдавливается назад через приемное отверстие в дне корыта тестосмесителя.

Процесс перемещения теста во // зоне шнековой камеры можно представить следующим образом.

Частицы элементарных слоев тестовой массы, расположенные между наружной поверхностью шнека и внутренней поверхнос­тью шнековой камеры, участвуют, как мы сказали, в двух движе­ниях. Под действием продольной составляющей силы шнека они совершают поступательное движение вдоль оси шнека, а под действием радиальной (поперечной) составляющей и в результа­те взаимодействия сил внутреннего трения совершают также и вращательное движение. Таким образом, во // зоне одновремен­но со шнеком начинает вращаться и тестовая масса: она совер­шает вращательно-поступательное движение, а не только посту­пательное, как в I зоне.

В конце II зоны тесто, замедляя движение, плотно заполняет объем винтовой полости шнека. Тестовая масса спрессовывается (уплотняется), и, следовательно, увеличивается объемная масса теста. В этой зоне кроме основной операции прессования шнек путем интенсивного перемешивания продолжает процесс замеса — проминку теста. Одновременные замес и прессование спо­собствуют не только уплотнению, но и пластификации теста.

Процесс перемещения и прессования характеризуется еще и тем, что непосредственно соприкасающиеся внутренние слои геста имеют разные скорости, в результате чего между ними возникают напряжения сдвига. Поэтому кроме перемешивающе­го эффекта возникает еще и внутреннее трение, которое приво­дит к почти полной пастификации частиц, хотя и в этих услови­ях наиболее крупные частицы крупки, не увлажненные в доста­точной степени при замесе теста, могут сохранить свою индивидуальность.

Тесто, уплотненное во II зоне, перемещается в /// зону и под действием давления поддерживается в таком состоянии. Спрес­сованная масса теста, как и во // зоне, совершает вращательно-поступательное движение с относительным послойным переме­щением частиц.

Процесс перемещения теста в /// зоне происходит при пол­ном и плотном заполнении винтовой полости шнека тестовой массой, объемная масса которой остается неизменной.

К концу III зоны тесто приобретает сплошную однородную структуру, чему способствует продолжающийся в этой зоне процесс проминки теста. При этом в результате трения внутренних слоев теста между собой и трения теста о по­верхности шнека и шнековой камеры происходит разогрев тестовой массы, в результате чего увеличиваются ее пластич­ность и текучесть.

В конце III зоны (последний виток шнека) спрессованная масса теста выходит из винтовой полости шнека и поступает в IV зону в виде закрученного пульсирующего потока. Выходя из шнека с неодинаковой осевой скоростью, тесто преодолевает силу давления в прессовой головке, входит в нее и распределяет­ся по ее сечению. Течение теста в конусном канале прессовой головки происходит с неодинаковой скоростью, так как слои, прилегающие к стенкам канала, движутся медленнее, чем слои в центре. Поэтому тестовая масса при выходе из шнека прежде всего поступает в центр потока, что приводит к неравномерному, параболическому распределению давления по сечению прессовой головки и, следовательно, неравномерному давлению теста по площади матрицы.

Давление в IV зоне обусловлено двумя факторами: величиной подачи теста вращающимся шнеком к матрице и сопротивлени­ем формующих отверстий матрицы продавливанию теста. Соот­ношение этих двух параметров определяет также и скорость выпрессовывания (формования) теста через матрицу, т. е. произво­дительность пресса.

При выпрессовывании через отверстия матрицы форма тесто­вого потока окончательно изменяется соответственно количеству и форме поперечного сечения отверстий.