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.
Контрольные вопросы:
1. Какие виды замесов макаронного теста вы знаете? В каких случаях используют тот или иной вид замеса?
2. В какой последовательности составляют и рассчитывают рецептуру
макаронного теста?
3. Как регулируют дозаторы прессов непрерывного действия?
4. Какие вы знаете основные виды дефектов макаронного теста после
замеса и меры по их предотвращению?
5. Каковы отличия в структуре и свойствах макаронного теста после замеса и после уплотнения?
6. Какие основные биохимические процессы происходят в процессе
приготовления макаронного теста?
7. При каких условиях проявляются упругие и пластические свойства уплотненного макаронного теста?
8. Какие основные факторы влияют на свойства теста и выпрессовываемых сырых изделий? Как они влияют на реологические свойства теста и качество изделий?
Литература
1. Медведев Г.М. «Технология макаронного производства».- М.:Колос,2000.
2. Чернов М.Е. Макаронное производство.-М.: Издательство «Мир»,1994г.
3. Чернов М.Е. Оборудование предприятий макаронной промышленности.-
М.: Пищевая промышленность,1978г.-232с.
Лекция 5