اکستروژن و کاربرد آن در صنایع غذایی

مقدمه

امروزه به دلیل راحتی کار و کارآمد بودن دستگاه اکسترودر و فرایند اکستروژن، تولید به روش اکستروژن کاربرد فراوانی پیدا کرده است. برای انجام فرایند اکستروژن، به ماده خام اولیه، وارد شدن نیروی فشار به قالب برش، برای شکل دادن و در نهایت برش آن در قطعات مختلف نیاز است. کیفیت بالای ساخت، قیمت مناسب و کاربرد وسیعی که این دستگاه دارد آن‌ را تبدیل به گزینه مناسبی برای بسیاری از تولید کنندگان در زمینه‌های کشاورزی، لوله کشی، صنایع بسته بندی پلاستیکی، عایق سیم برق و کابل سازی و…کرده است.

کاربرد اکستروژن در بسته بندی مواد غذایی

در لغت، اکستروژن به معنی با فشار بیرون دادن است. نیروی لازم برای این کار به ­صورت هیدرولیکی یا مکانیکی تأمین می‌شود. این فرآیند در مقایسه با دیگر روش‌های شکل دهی (روش‌های تولید محصولات و قطعات پلاستیکی) روشی به نسبت جدید و کاربردی است. در روش اکستروژن گرانول یا پودر پلاستیک، مستربچ و سایر افزودنی‌ها با هم مخلوط شده و وارد قیف دستگاه اکسترودر می‌شوند، سپس این آمیزه در دستگاه اکسترودر بر اساس حرارت و تنش‌های برشی ذوب شده و با حرکت ماردون به سمت قالب (Die) حرکت می‌کند. در ادامه محصول مذاب بر اثر اعمال فشار به شکل قالب مورد نظر درآمده و در نهایت قالب را سرد و محصول را خارج می‌کنند. بطور کلی برای انجام فرایند اکستروژن پلاستیک، به مواد پلاستیکی ذوب شده، وارد شدن نیروی فشار به قالب برش، برای شکل دادن پروفیل و در نهایت برش آن در قطعات مختلف نیاز است.

اجزای اصلی ماشین اکسترودر شامل یک قیف، سیلندر، پیچ درایو و موتور پیچ درایو هستند. دومین جز مهم در این دستگاه دسترسی به مواد خام پلاستیکی گرمانرم(Thermoplastic) یا برگشت پذیری است که مخصوص اکستروژن است. بیشتر عملیات اکستروژن پلاستیک بستگی به کیفیت رزین پلاستیکی دارد که سرعت ذوب شدن و بارگذاری خوبی داشته باشد.

مواد رایجی که در فرایند اکستروژن بکار می‌روند شامل پلی استایرن(PS)، پلی وینیل کلراید(PVC)، پلی اتیلن(PE) ، پلی پروپیلن(PP) و اکریلونیتریل بوتادین استایرن(ABS) است.

آخرین جز، از اجزای مهم در اکستروژن پلاستیک، قالب برش است. قالب ها معمولا بسته به نوع کارکردشان، باید سفارشی تولید شوند و در کاربری های مختلف انواع متفاوتی خواهند داشت.

روشهای متداول اکستروژن:

Sheet extrusion: گرفتن یک ورق بزرگ از پلاستیک ضخیم و تغییر ظاهر آن از طریق قالب. پس از اصلاح ورق و آماده تبدیل شدن برای بسته بندی ، آن را گرم کرده و به شکل خاصی قالب بندی میکنند.

Blown film: کیسه های پلاستیکی با استفاده از این روش ایجاد می شوند. هنگامی که مواد مذاب در این فرایند با قالب فراوری می شوند ، در اطراف یک فضای باز یا فضاهایی در وسط هدایت می شوند. از آنجا ، مواد خنک می شوند و پلاستیک با فشار هوا و غلطک کشیده می شود. در طی این فرایند ، پلاستیک قبل از خنک شدن کاملاً نازک می شود.

Tubing extrusion: این روش باعث ایجاد پلاستیک ضخیم تر و متراکم تر می شود که در وسط توخالی است. لوله ها و سایر سخت افزارها معمولاً با استفاده از این روش ساخته می شوند.

کواکستروژن(co-extrusion): این روش با تعداد مواد پلاستیکی یا پلیمرهای مورد استفاده در فرآیند اکستروژن تعریف می شود. در این روش مواد به طور جداگانه گرم می شوند و سپس قبل از قالب گیری به شکل مناسب به یکدیگر متصل می شوند. از آنجایی که برخی از پلاستیک ها به اندازه سایرین قوی، بادوام یا ضد آب نیستند، استفاده از ترکیبی از مواد میتواند بهترین راه برای رفع نیازهای یک محصول باشد.

کاربرد اکستروژن در فراوری مواد غذایی

فرآيند اکستروژن از چند عمليات شامل اختلاط، ورز دادن، اعمال نيروهاي برشي، گرم كردن، سرد كردن و شكل دادن تشكيل مي شود. به طور كلي يك دستگاه اكسترود، يك پمپ مارپيچي شبيه به پرس يا نقاله پيچي است كه ماده غذايي داخل آن فشرده شده و تبديل به يك توده نيمه جامد مي گردد. پس از فشردن، ماده غذايي به داخل يك قالب مخصوص وارد شده و از قسمت ديگر مارپيچ با شكل ويژه خارج مي شود. اگر ماده غذايي حرارت داده شود، فرايند به نام پخت اكستروژن ناميده مي شود (اكستروژن داغ) كه بسياري از فرآورده هاي غذايي با استفاده از فرآيند اكستروژن كوكينگ (پخت) توليد مي شوند. فرآيند اكستروژن براي تبديل مواد غذايي خام به محصولات پرطرفداري نظير غلات صبحانه اي، محصولات ميوه اي (آدامسها و آب نباتهاي سخت ميوه اي)، انواع پاستا، غذاي حيوانات خانگي، اسنك ها و فرآورده هاي گوشتي استفاده مي شود. پيدايش فرآيند اكستروژن به تكنولوژي پليمر برميگردد. از اين فرآيند در اواسط دهه 1850 جهت توليد لوله سربي بدون درز استفاده شد. افزايش دادن و تنوع ماده غذايي در رژيم غذايي، به وسيله توليد انواع فراورده ها با شكل، بافت، رنگ و طعم هاي گوناگون از مواد اوليه است. پخت به طريقه اكستروژن يك نوع فرايند دماي زياد، زمان كوتاه مي باشد (HTST)كه آلودگي ميكروبي و فعاليت آنزيم ها را كاهش مي دهد. اكستروژن يك مثال خوب از فراوري براي افزايش اندازه است، در اين روش به دانه هاي ريز مواد غذايي يا ذرات پودري شكل دوباره شكل داده شده و به قطعات بزرگ تبديل مي شوند هزينه هاي اكستروژن كمتر از ساير روش هاي صنعتي است و بازدهي آن از انواع ديگر پخت يا شكل دادن زيادتر است.

نتیجه گیری 

همانطور که اشاره شد، اکستروژن یکی از فناوری های مهم در بسته بندی و پردازش مواد غذایی است که به تولید انواع ظروف پلاستیکی، خوراکی‌های آماده، غلات صبحانه و بسیاری از غذاهای بافت دار می انجامد. فرآيندي با رطوبت اندك است؛ هزينه هاي ناشي از فرآيندهاي آبي را كاهش داده و آلودگي محيطي ايجاد نمي كند بنابراین مزایای مختلفی را در مقایسه با تکنیک های سنتی برای صنایع غذایی و فرآوری مواد غذایی به ارمغان می آورد. در فرایند اکستروژن و مخصوصا در تولید بسته بندی های پلاستیکی، توجه به حفظ محیط زیست از الودگی ضروری است. لذا یافتن روش ها و توسعه استفاده از مواد زیست تخریب پذیر در این فناوری از اهداف مهم صنایع به شمار می اید.