فرایند اکستروژن

مفهوم و طبقه بندی اکسترودر

فرایند اکستروژن در حقیقت فرایند پردازش با دمای بالا در زمان کوتاه است (HTST) و به وسیله عمل ترکیبی رطوبت، حرارت، انرژی مکانیکی و فشار صورت می گیرد. اکسترودر همچنین یک عملکرد فنی است که به وسیله آن خوراک تحت افزایش پیوسته فشار، فراوری، اکسترود و پخته می شوند و سپس به دلیل افت ناگهانی فشار منبسط می گردد با توجه به وجود یا عدم وجود رطوبت در خوراک قبل از عملیات، میتوان آن را به دو نوع اکسترودر خشک و مرطوب طبقه بندی کرد.

در اکسترودر خشک خوراک به وسیله گرمای ناشی از اصطکاک گرم شده و توسط مارپیچ اکسترودر با فشار از سوراخ دای عبور می کنند پس از عبور فشار به مقدار زیادی افت میکند، رطوبت تبخیر می شود و خوراک به شکل متخلخل با حجم بیشتری تبدیل میگردد که یکی از اهداف اکستروژن می باشد.اصول اکسترودر مرطوب مانند اکسترودر خشک است اما رطوبت مواد برای انجام اکسترودر مرطوب بالاتر از 20 تا 30 درصد میرسد که  در نوع خشک حداکثر 15 درصد باید باشد

مزایای اکسترودر :

علاوه بر مزایای معمول خوراک پلت مانند مزه مطلوب، عدم تفکیک اجزاء نگهداری و حمل نقل ساده، تغذیه راحت و کاهش ضایعات هنگام تغذیه، اکسترودر در مقایسه با سایر فرایند ها دارای مزایای ذیل است.

الف) نشاسته موحود در خوراک بدلیل دما و فشار بالا در طی اکسترودر به طور کامل ژلاتینی می شود. نشاسته ژلاتینی شده دارای ظرفیت جذب آب بالاتر است و میتواند در اب حل شود در حالی که نشاسته اولیه در آب نامحلول است. بنابراین هیدرولیز انزیمی نشاسته تسریع شده و میزان و قابلیت هضم تا 90 درصد بهبود می یابد.

ب) با اکسترودر می توان خوراک متخلخل با بافتی نرم را ایجاد کرد که دارای خصوصیت شناوری مطلوب پایدار در برابر اب است. بنابر این آلودگی آب کاهش می یابد و از هدر رفتن خوراک نیز جلوگیری می شود.

پ) بافت موادی مانند دانه سویا بوسیله اکسترودر نرم نموده که باعث بهبود هضم و جذب بهتر آن میشود

ث) با استفاده از فشار و گرما در فرایند اکسترودر طبعا توکسین های موجود (مانند برخی توکسین ها ی قارچی، گلیکوزید قلیاها و آلرژن ها) و فاکتور های ضد تغذیه ای مانند مهار کننده تریپسین و گوسیپول را غیر فعال و میکروب های مضر از بین میروند بنا براین محصولی با استریلیزاسیون خوبی بدست میاید.

ت) با استفاده از دای های مختلف میتوان محصولات متفاوتی با شکل های متفاوتی بدست آورد.

البته اکسترودر ممکن است تاثیرات منفی نیز داشته باشد بخصوص ویتامین ها در طی فراوری براحتی از دست میرود، بنابر این معمولا باید پس از اکسترودربه خوراک ویتامین اضافه شود .در حال حاضر اکسترود هایی که در صنایع خوراک مورد استفاده قرار می گیرد از نوع مارپیچی هستند که با توجه به ساختار آنها میتوان به دوتوع تک و دو مارپیچی تقسیم شود

مکانیزم عمل :

دستگاه اکسترودر عمدتا از تغذیه ، کاندیشر، مارپیچ اکسترودر، سیلندر،صفحه دای و سیستم موتور تشکیل شده است. خوراک که دارای مقدار معینی نشاسته هستند بوسیله سیستم تغذیه مارپیچی(فیدر) به صورت یکنواخت وارد کاندیشتر می شود تا مرطوب و گرم شود و سپس داخل اکسترودر می گردد و با حرکت چرخشی مارپیچ درون سیلندر به سمت جلو حرکت می کنند. ازآنجایی که فضای درون سیلندر به تدریج کوچک می شود، نیروی اکسترودر کننده که بر خوراک وارد میشود بتدریج افزایش می یابد که با شکستن آمیختن و اصطکاک  شدید خوراک در طی حرکت همراه است .در ضمن گرمای بیرون از سیلندر و قرار داشتن خوراک در فضای بسته فشار بسیار بالایی را در درون سیلندر ایجاد میکند.بدلیل دما و فشار بالا یکسری واکنش های فیزیکی و شیمیایی در خوراک مانند ژلاتینی شدن نشاسته منعقد شدن پروتئین ها رخ می دهد. هنگامی که مواد از سوراخ های صفحه دای عبور می کند فشار بطور ناگهانی افت میکند و درنتیجه رطوبت داغ از مواد خارج میشود و خوراک منبسط میگردد. سپس خوراک بوسیله یک برش دهنده بطول های معینی بریده میشود و بسمت مراحل بعدی مانند سرد کردن خشک کردن و اسپری روغن فرستاده میشود (شکل1) . در دستگاه اکسترودر خوراک اطراف شیار های مارپیچ را بصورت پیوسته پر میکنند اگر اصطکاک بین خوراک و مارپیچ بیشتر از اصطکاک بین خوراک و دیواره داخلی سیلندر باشد، خوراک همراه با مارپیچ خواهد چرخید و دستگاه نمیتواند درست کار کند، بنابراین شیار ها ی متعددی در دیواره داخلی دستگاه ایجاد شده تا مقاومت افزایش یابد.کیفیت محصولات اکسترود شده به خصوصیات ساختاری مارپیچ و سیلندر،دما،رطوبت خوراک مش ،فشار درون سیلندر، زمان باقیماندن مواد و شکل ساختاری و اندازه سوراخ های دای آن بستگی دارد در حال حاظر انواع مختلفی از دستگاه های اکسترودر مارپیچی در جهان تولید شده است که میتواند نیازهای مختلف خوراک را برآورده کنند. امروزه توسعه دستگاهای اکسترودر به سمت چند منظوره شدن کارکرد با میزان بالا و اتوماسیون کامل به پیش میرود.

فاکتور های مهم کارکرد دستگاه اکسترودر عبارت اند از سرعت چرخش مارپیچ و تغذیه کننده، خصوصیات خوراک وضعیت خوراک پس از عملیات کاندیشنینگ، میزان خوراک و درجه حرارت گرم کننده ها که این متغیر ها از یکدیگر مستقل هستند. باید توجه داشت که خوراک نباید مدت طولانی در اکسترودر در دمای بالا قرار گیرد(کمتر از 20 ثانیه)تا از آسیب دیدن برخی مواد حساس به حرارت جلوگیری شود.

خلاصه فرایند فنی اکسترودر در صنایع خوراک:

اکستروژن جدیدترین روش تولید برای محصولات اکسترودر شده است. خوراک مختلف از غلات و دانه های روغنی را میتوان با استفاده از دستگاه اکسترودر مارپیچی تولید کرد.

مواد اولیه-تمیز کردن- آسیاب کردن- کاندیشنر-بخار-اکسترود- خشک کن-طعم دهنده ها و ویتامین ها-محصول

تاثیر عملیات فراوری و اکسترود بر روی خوراک بمقدار زیادی بستگی به اندازه ذرات بعد از آسیاب کردن بستگی دارد. مواد اولیه اصلی مانند غلات، ذرت و غیره ابتدا باید با استفاده از یک آسیاب چکشی با سورخ های طوری 5/1 تا 3 میلی متر آسیاب شود. بعد از این مرحله مواد مش بصورت خشک برای فراوری وارد کاندیشنر میشود که هدف آن تنظیم رطوبت و دمای خوراک به منظور کسب کاری بهتر فرایند اکسترودر و افزایش بازده آن است بطور کلی بخار اشباع شده برای تنظیم رطوبت و دما وارد کاندیشنر می شود رطوبت و دما در تمامی بخشهای خوراک بدلیل چرخش تیغه ها داخل کاندیشنر با توجه به ماهیت مواد اولیه تنوع محصول و نوع دستگاه اکسترودر و پارامتر های عملکردی آن تعیین می شود.

یکی از مهم ترین عمل های دستگاه اکسترودر در فراوری دانه سویا و تولید فول فت سویا می باشد که در این فرایند کلیه مواد ضد مغذی موجود در دانه سویا به پایین ترین حد خود رسیده و محصول با انرژی و پروتئین با کیفیت بسیار بالا ارائه می دهد.