Wytłaczarka laboratoryjna do żywności LEF-2CC 2x24 mm Food

Laboratoryjna wytłaczarka dwuślimakowa do żywności LEF-2CC 2×24 mm FOOD

Jak otrzymać teksturowane białko roślinne o określonej strukturze? Co zmienić, gdy produkt jest zbyt kruchy, nadmiernie ekspanduje albo nie osiąga oczekiwanej włóknistości? Czy decyduje receptura, ilość wody, geometria ślimaków, temperatura, a może sposób chłodzenia po wyjściu z wytłaczarki?

LEF-2CC 2×24 mm FOOD pozwala szukać odpowiedzi na te pytania poprzez kontrolowane eksperymenty technologiczne. To laboratoryjna wytłaczarka dwuślimakowa przeznaczona do rozwoju produktów spożywczych, badań nad przetwórstwem białek i skrobi oraz przygotowania technologii do dalszych etapów wdrożenia.

W urządzeniu połączono mechaniczną elastyczność platformy LE-2CC SiTech3D z wyposażeniem przeznaczonym do ekstruzji żywności. Cylinder otwierany wzdłuż osi, wymienne wkładki robocze, rekonfigurowalne porty, segmentowe ślimaki i rozwijalny system PLC pozwalają zmieniać nie tylko nastawy, ale również przebieg procesu.

Średnica ślimaków 24 mm, długość L/D 25–40 oraz temperatura pracy do 270°C tworzą podstawę stanowiska dla laboratoriów uczelnianych, instytutów badawczych i przemysłowych działów rozwoju produktów.

Dlaczego warto wybrać LEF-2CC 2×24 mm?

W pierwszym etapie rozwoju produktu potrzebna jest często niewielka ilość materiału. W kolejnych etapach trzeba już przygotować większe próbki do badań tekstury, oceny sensorycznej, analiz przechowywania, testów aplikacyjnych lub dalszego przetwarzania. Wtedy oprócz właściwej receptury znaczenie mają skala doświadczenia, powtarzalność i możliwość dokumentowania całego procesu.

Model LEF-2CC 2×24 mm jest przeznaczony właśnie do takich programów. Zapewnia możliwość prowadzenia badań nad różnymi rodzajami surowców spożywczych, a jego wyposażenie można dobierać do technologii o odmiennej zawartości wody, intensywności mieszania i sposobie formowania produktu.

W porównaniu z mniejszym modelem 2×20 mm, większa średnica ślimaków stanowi podstawę do projektowania prób wymagających wyższych strumieni materiału i większych partii. Ostateczna wydajność zależy od surowca, konfiguracji ślimaków, zawartości wody, ciśnienia w głowicy i wybranego procesu.

Największą zaletą LEF-2CC nie jest jednak sama średnica 24 mm. Jest nią możliwość rozwijania kolejnych technologii na tej samej platformie mechanicznej i sterowania.

Jedna wytłaczarka – różne technologie ekstruzji spożywczej

LEF-2CC może służyć do badań nad teksturowaniem białek roślinnych, ekstruzją surowców skrobiowych, produktami ekspandowanymi oraz mieszaninami wieloskładnikowymi. Konfigurację ślimaków, układu dozowania i głowicy dobiera się do konkretnego zadania technologicznego.

Przy badaniach nad produktami wysokobiałkowymi istotne są między innymi nawilżanie, zmiany struktury białek, mieszanie oraz warunki przepływu przez głowicę. Przy produktach skrobiowych ważną rolę odgrywają przemiany skrobi, zawartość wody, dostarczona energia mechaniczna i warunki ekspansji.

W obu przypadkach można zmieniać geometrię ślimaków, miejsca wprowadzania składników, profil temperatury i sposób formowania produktu. Dzięki temu stanowisko nadaje się do systematycznego porównywania technologii, a nie wyłącznie do wykonywania pojedynczych prób.

TVP – badania nad teksturowanymi białkami roślinnymi

Klasyczne teksturowane białka roślinne, określane jako TVP, powstają zwykle w procesach ekstruzji o stosunkowo niskiej zawartości wody. Mieszanina białkowa podlega obróbce termomechanicznej, a następnie przepływa przez odpowiednio zaprojektowaną głowicę.

Zmiana ciśnienia i temperatury przy wylocie może prowadzić do ekspansji produktu i utworzenia struktury porowatej. Po dalszej obróbce taki materiał może być przeznaczony do rehydratacji oraz wykorzystania jako składnik różnych produktów spożywczych.

W laboratorium można badać wpływ źródła białka, jego koncentracji, zawartości skrobi, dodatków funkcjonalnych, wilgotności i konfiguracji ślimaków na właściwości ekstrudatu. Ocenie podlegają między innymi porowatość, gęstość, ekspansja, absorpcja wody, tekstura i zachowanie produktu po rehydratacji.

LEF-2CC może współpracować z głowicami o różnych geometriach otworów oraz opcjonalnym układem cięcia. Pozwala to prowadzić badania nad produktami o odmiennej wielkości, kształcie i strukturze.

HME i HMMA – wysokowilgotnościowe teksturowanie białek

Wysokowilgotnościowa ekstruzja białek roślinnych, określana jako HME, wymaga innego podejścia do formowania produktu. W procesie stosuje się mieszaniny o podwyższonej zawartości wody, a jednym z celów może być uzyskanie zwartej, anizotropowej struktury o charakterze włóknistym.

Technologia ta jest wykorzystywana między innymi do opracowywania analogów mięsa, określanych jako HMMA. O właściwościach produktu decydują nie tylko skład receptury i warunki pracy ślimaków, ale również przebieg chłodzenia masy po opuszczeniu układu uplastyczniającego.

Dlatego LEF-2CC może zostać wyposażona w modułową matrycę chłodzącą. Jej zadaniem jest prowadzenie produktu przez odpowiednio ukształtowany kanał w kontrolowanych warunkach przepływu i wymiany ciepła. Takie rozwiązanie ogranicza niepożądaną ekspansję oraz pozwala badać powstawanie i utrwalanie struktur włóknistych.

Geometria kanału, intensywność chłodzenia, ciśnienie, temperatura produktu oraz strumień materiału wpływają na efekt końcowy. Zmiana tych parametrów pozwala porównywać różne struktury, stopień włóknistości i właściwości teksturalne otrzymywanych wyrobów.

Wytłaczarka z matrycą chłodzącą stanowi zatem stanowisko do rozwoju nowych formulacji wysokobiałkowych, w tym opartych na białkach grochu, soi, pszenicy i innych odpowiednio dobranych surowcach.

Modułowa matryca chłodząca jako narzędzie badawcze

W badaniach nad produktami wysokowilgotnościowymi sama informacja o temperaturze nastawionej na matrycy jest niewystarczająca. Znaczenie mają warunki przepływu, rozkład temperatury wzdłuż kanału oraz zmiany ciśnienia towarzyszące formowaniu struktury.

Matryca chłodząca oferowana jako wyposażenie LEF-2CC może być projektowana z uwzględnieniem wymaganej geometrii produktu, długości kanału, powierzchni wymiany ciepła i sposobu regulacji chłodzenia.

W odpowiedniej konfiguracji możliwe jest rozmieszczenie punktów pomiaru temperatury i ciśnienia. Pozwala to porównywać warunki formowania produktu z wynikami późniejszych badań jego struktury i właściwości mechanicznych.

Takie podejście ma szczególne znaczenie dla laboratoriów prowadzących zaawansowane badania nad teksturowaniem białek i projektowaniem produktów o określonej strukturze włóknistej.

Otwierany cylinder – łatwiejsze przezbrojenia, czyszczenie i kontrola procesu

W laboratorium spożywczym często zmienia się rodzaj surowca, udział białka, zawartość skrobi lub ilość dodawanej wody. Pozostałości materiału po obróbce cieplnej mogą utrudniać przygotowanie stanowiska do kolejnej próby. Dlatego dostęp do powierzchni mających kontakt z produktem ma duże znaczenie praktyczne.

LEF-2CC wykorzystuje cylinder złożony z dwóch wzdłużnie monolitycznych części. Górna część otwiera się do góry, a dolna uchyla w dół. Ruch wspomagają sprężyny gazowe.

Po otwarciu operator uzyskuje dostęp do ślimaków, wkładek i wewnętrznych powierzchni roboczych. Może ocenić ich stan, usunąć pozostałości produktu, zdemontować elementy wymagające czyszczenia oraz przygotować kolejną konfigurację.

Wymiana wkładek i rekonfiguracja portów nie wymagają rozkręcania kolejnych sekcji obudowy cylindra ani odłączania jej instalacji grzewczo-chłodzących. W odpowiednio zaprojektowanym układzie również główne dozowniki mogą pozostać na miejscu podczas otwierania.

Takie rozwiązanie ogranicza zakres prac związanych z przezbrojeniem i ułatwia prowadzenie wielu odmiennych eksperymentów na jednym urządzeniu.

Ślimaki i wkładki cylindra ze stali nierdzewnej AISI 440C

Powierzchnie robocze wytłaczarki LEF-2CC wykonujemy ze stali nierdzewnej martenzytycznej AISI 440C (EN 1.4125, X105CrMo17). Materiał ten charakteryzuje się wysoką odpornością na zużycie ścierne po właściwej obróbce cieplnej i znajduje zastosowanie w wymagających częściach maszyn przetwórczych.

W urządzeniu FOOD stal 440C stosowana jest na ślimaki oraz wymienne wkładki cylindra. Rozwiązanie łączy trwałość powierzchni roboczych z możliwością ich wymiany bez konieczności zastępowania całej obudowy.

Stal AISI 440C jest znana również pod oznaczeniem handlowym Böhler N695, stanowiącym odpowiednik tego samego gatunku materiałowego.

Pozostałe elementy mające kontakt z produktem, w tym głowice, matryce, przyłącza i uszczelnienia, dobiera się do rodzaju żywności, warunków procesu oraz sposobu czyszczenia. Wykonanie urządzenia uwzględnia wymagania materiałowe i higieniczne określone dla konkretnego zastosowania.

Maksymalna temperatura pracy LEF-2CC w wykonaniu FOOD wynosi 270°C. Zakres temperatury jest dobierany do prowadzonego procesu spożywczego i wyposażenia stanowiska.

Wymienne wkładki i rekonfigurowalne porty – projektowanie przebiegu procesu

Jedną z ważniejszych możliwości platformy LEF-2CC jest zmiana miejsc podawania składników i wykonywania pomiarów bez przebudowy całego cylindra.

Powierzchnie robocze tworzą wymienne wkładki górne i dolne. Można zastosować wkładki pełne lub z otworami procesowymi, umieszczonymi w wybranych punktach układu. Zależnie od konstrukcji obudowy porty górne mogą być rozmieszczane w kolejnych pozycjach odpowiadających podziałowi 4D.

Jeżeli wkładka ma otwór, nieużywany port można zamknąć korkiem uszczelnianym bezpośrednio do wkładki. Gdy stosowana jest wkładka pełna, otwór obudowy zamyka się zaślepką. Pozwala to przygotować różne konfiguracje podawania i pomiarów na tej samej bazie mechanicznej.

Przykładowo w pierwszym doświadczeniu wodę można podawać do zasypu razem z surowcem suchym. W drugim część wody wprowadza się dopiero do wybranej strefy cylindra. Takie porównanie pozwala badać wpływ czasu nawilżania i kolejności operacji na zachowanie masy spożywczej oraz właściwości ekstrudatu.

Podobnie można zmieniać lokalizację podajników bocznych, przyłączy pomiarowych i punktów odgazowania, o ile przewiduje je konfiguracja procesu. To funkcjonalność, która pozwala projektować eksperymenty wokół konkretnego problemu technologicznego, a nie wyłącznie wokół stałej konstrukcji maszyny.

Ślimaki segmentowe – kontrola mieszania i historii termomechanicznej

Wytłaczarka dwuślimakowa oddziałuje na produkt przez transport, mieszanie, ścinanie, ogrzewanie oraz budowanie ciśnienia. Charakter tych oddziaływań zależy w dużej mierze od geometrii ślimaków.

Segmentowa konstrukcja LEF-2CC pozwala zestawiać elementy transportowe, ugniatające, mieszające, restrykcyjne i rewersyjne. Odpowiedni dobór segmentów wpływa na lokalne napełnienie kanałów, intensywność mieszania, opór przepływu, czas przebywania materiału i rozkład oddziaływań mechanicznych.

Przy teksturowaniu białek można analizować wpływ intensywności mieszania oraz zawartości wody na rozwój struktury produktu. Przy ekstruzji skrobi można badać przebieg przemian termomechanicznych i warunki późniejszej ekspansji.

Ślimaki dobiera się łącznie z długością L/D, miejscami podawania składników, temperaturą i geometrią głowicy. Dla LEF-2CC 2×24 mm dostępne są konfiguracje długości roboczej w zakresie L/D 25–40.

Informacje o konstrukcji i funkcjach poszczególnych segmentów znajdują się również w bazie danych segmentów ślimaków SiTech3D.

Przekładnia współbieżna, przeciwbieżna lub przełączalna

LEF-2CC może być wyposażona w przekładnię współbieżną, przeciwbieżną albo przełączalną, umożliwiającą wybór obu sposobów współpracy ślimaków.

Każdy wariant odpowiada innemu zakresowi zastosowań. Zmiana sposobu współpracy ślimaków wpływa na mechanizmy transportu, mieszania i budowania ciśnienia, dlatego może być istotna przy projektach wymagających porównania różnych metod przetwarzania.

W wykonaniu przełączalnym zmiana trybu jest realizowana po zatrzymaniu urządzenia i zamontowaniu odpowiedniego kompletu ślimaków. Konfiguracja przekładni może zostać również zmieniona w ramach późniejszej modernizacji wytłaczarki.

Napęd o mocy 22 kW jest dostępny także w wariancie do 26,4 kW z oddzielnym modułem napędowym. Dobór przekładni i silnika uwzględnia wymagany moment, prędkość ślimaków, rodzaj materiału i warunki procesu.

Dozowanie wody i składników – klucz do powtarzalności receptury

W ekstruzji żywności zawartość wody wpływa na lepkość mieszaniny, transport w cylindrze, intensywność oddziaływań mechanicznych, przemiany białek i skrobi oraz właściwości produktu końcowego.

LEF-2CC może współpracować z dozownikami grawimetrycznymi i wolumetrycznymi do surowców suchych oraz z układami pompowymi do wody i innych cieczy. Składniki można wprowadzać do zasypu głównego, przez podajniki boczne albo bezpośrednio do wybranej strefy cylindra.

Integracja dozowników z PLC pozwala wiązać nastawy i rejestrowane strumienie składników z parametrami wytłaczarki. Dzięki temu można dokumentować recepturę, analizować bilans wody oraz porównywać warunki kolejnych prób.

Przy wyznaczaniu całkowitej zawartości wody uwzględnia się zarówno wodę dozowaną podczas procesu, jak i wilgotność składników wejściowych. Pozwala to przygotowywać rzetelniejsze dane do badań produktów nisko- i wysokowilgotnościowych.

Kontrola temperatury, chłodzenia i obciążenia procesu

Podczas ekstruzji spożywczej materiał otrzymuje energię z ogrzewanego cylindra oraz na skutek pracy mechanicznej ślimaków. Zmiana prędkości obrotowej, geometrii ślimaków, wilgotności i lepkości masy wpływa na bilans cieplny procesu.

LEF-2CC wykorzystuje niezależnie regulowane strefy grzewczo-chłodzące oraz wielostrefowe regulatory PID. Liczba stref wynika z wybranej długości cylindra i jego konfiguracji. Oddzielny układ chłodzenia strefy zasypowej pozwala kontrolować warunki podawania surowca.

Temperatura stref jest mierzona czujnikami Pt100. Możliwe jest także zastosowanie dodatkowych czujników w górnej części wybranych stref oraz pomiarów temperatury produktu w adapterze, głowicy lub matrycy.

Takie rozwiązanie pozwala analizować, jak zmiana konfiguracji mechanicznej i dozowania wpływa na warunki termiczne procesu. Ma to szczególne znaczenie przy badaniach formulacji wrażliwych na temperaturę oraz porównywaniu właściwości produktów otrzymanych w kolejnych seriach.

Metrologia procesu – pomiary, które pomagają wyjaśniać wyniki badań

Ocena gotowego produktu jest podstawowym elementem pracy laboratorium, ale w rozwoju technologii równie ważna jest informacja o warunkach jego wytworzenia.

LEF-2CC udostępnia sygnał momentu obrotowego wyznaczany przez napęd. Opcjonalnie może być wyposażona w niezależny przetwornik momentu. Sumaryczna siła osiowa działająca na oba ślimaki jest mierzona bezpośrednio przez dwa czujniki tensometryczne.

Standardowy punkt pomiaru ciśnienia produktu znajduje się na wyjściu z układu uplastyczniającego. Dodatkowe czujniki można rozmieścić w cylindrze, adapterze albo matrycy chłodzącej.

Wspólna rejestracja temperatury, ciśnienia, siły osiowej, sygnału momentu i parametrów dozowania pozwala analizować zmiany warunków procesu. Przy odpowiednio zweryfikowanych pomiarach można również obliczać wskaźniki jednostkowego wkładu energii mechanicznej, takie jak SME.

Wyniki pomiarów można zestawiać z niezależnymi badaniami tekstury, wilgotności, gęstości, porowatości i struktury produktu. Tak uzyskane dane ułatwiają wybór konfiguracji do kolejnego eksperymentu oraz przygotowanie założeń technologicznych dla większej instalacji.

Rozwijalny system PLC i oprogramowanie SiTech3D

Laboratorium kupuje urządzenie do aktualnego programu badań, ale często wykorzystuje je przez wiele lat do kolejnych projektów. Dlatego możliwość późniejszej rozbudowy systemu sterowania ma istotne znaczenie ekonomiczne i technologiczne.

LEF-2CC wykorzystuje sterownik PLC czasu rzeczywistego, rozproszoną architekturę automatyki oraz dotykowy panel operatorski. System obsługuje zapis i odtwarzanie co najmniej 200 receptur oraz rejestrację danych do plików CSV na USB z interwałem od jednej sekundy.

Standardowy interfejs Ethernet ułatwia integrację stanowiska z infrastrukturą laboratorium. Opcjonalnie możliwe jest wdrożenie OPC UA, zdalnego nadzoru i innych funkcji wymiany danych.

SiTech3D może rozbudowywać zarówno sprzęt PLC, jak i oprogramowanie sterujące. Modernizacja może obejmować dodatkowe moduły pomiarowe, czujniki temperatury i ciśnienia, systemy dozowania, pompy, regulatory chłodzenia matrycy, napędy oraz kompatybilne urządzenia i sterowniki innych producentów.

Możliwe jest również opracowanie nowych algorytmów sterowania, funkcji rejestracji danych i ekranów operatorskich. Pozwala to rozwijać stanowisko zgodnie z kolejnymi zadaniami laboratorium, zamiast ograniczać jego zastosowania do funkcji przewidzianych przy pierwszej dostawie.

LEF-2CC w laboratorium naukowym i przemysłowym R&D

Uczelnie i instytuty badawcze mogą wykorzystywać LEF-2CC do badań zależności pomiędzy recepturą, geometrią ślimaków, wilgotnością, temperaturą, przepływem i strukturą produktu. Rekonfigurowalny cylinder i rozwijane pomiary pozwalają przygotowywać stanowisko do nowych programów badawczych.

Przemysłowe centra rozwoju produktów otrzymują urządzenie do opracowywania receptur, porównywania formulacji, przygotowywania partii aplikacyjnych i weryfikowania parametrów procesu przed dalszym wdrożeniem. Dotyczy to między innymi producentów składników białkowych, analogów mięsa, wyrobów zbożowych i produktów funkcjonalnych.

W obu przypadkach ważna jest możliwość dokumentowania konfiguracji stanowiska i powtarzania prób według zapisanych receptur. Pozwala to porównywać wyniki uzyskiwane w różnych etapach projektu i lepiej rozumieć wpływ parametrów procesu na właściwości żywności.

Od rozwoju receptury do przygotowania technologii pilotażowej

Przeniesienie procesu laboratoryjnego do większej skali wymaga czegoś więcej niż zwiększenia średnicy ślimaków i prędkości podawania surowca. Należy przeanalizować geometrię układu, bilans energetyczny, mieszanie, czas przebywania, temperaturę produktu, ciśnienie i warunki formowania.

W procesach wysokowilgotnościowych ważna jest również charakterystyka matrycy chłodzącej oraz sposób przepływu i chłodzenia masy białkowej. Dane z LEF-2CC mogą posłużyć do przygotowania i oceny założeń dla instalacji pilotażowej.

Stanowisko pozwala więc rozwijać technologię etapowo: od pierwszych prób recepturowych, przez badania struktury i tekstury, po bardziej rozbudowane testy technologiczne i przygotowanie procesu do kolejnej skali.

Dobierz konfigurację LEF-2CC 2×24 mm FOOD do swojego projektu

Każdy projekt ekstruzji spożywczej zaczyna się od innego surowca i innego oczekiwanego produktu. Dlatego dobór wytłaczarki warto rozpocząć od analizy receptury, wymaganej wilgotności, planowanej ilości produktu oraz zakresu badań.

Na tej podstawie SiTech3D może przygotować konfigurację długości L/D 25–40, geometrii ślimaków, przekładni, dozowania składników, pomiarów i głowicy. W projektach wysokowilgotnościowego teksturowania białek dobieramy również konstrukcję matrycy chłodzącej i sposób jej integracji z systemem sterowania.

Jeżeli planowane badania wymagają mniejszych ilości materiału, warto porównać LEF-2CC 2×24 mm z modelem LEF-2CC 2×20 mm FOOD. Oba urządzenia należą do rodziny laboratoryjnych wytłaczarek dwuślimakowych do żywności SiTech3D.

Prześlij nam rodzaj surowców, podstawowe założenia receptury, oczekiwaną strukturę produktu i zakres planowanych badań. Przygotujemy propozycję konfiguracji stanowiska, obejmującą wytłaczarkę, wyposażenie do dozowania, głowicę, matrycę oraz system pomiarowy.

Skontaktuj się z zespołem SiTech3D, aby omówić dobór urządzenia do konkretnej technologii spożywczej.