ITMI940216A1 - Procedimento e dispositivo per la cottura di un impasto alimentare - Google Patents

Description

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento ed un dispositivo per la cottura di un impasto alimentare.

La cottura estrusione è una tecnologia ampiamente utilizzata in svariati settori dell'industria alimentare, poiché consente di ottenere notevoli risultati.

Si è passati dall'impiego di estrusori ad attrito, a sistemi di cottura/estrusione per il trattamento termico di materie prime a base di amidi e/o proteine. Gli estrusori a vite singola o doppia, "HTST" (alte temperature per tempi brevi) sono stati i dispositivi più utilizzati negli ultimi quarant'anni per ottenere molti differenti prodotti, quali per esempio: cibi per animali domestici, farine e cibi precotti per svariate applicazioni, snacks pellets derivati da miscele di sfarinati a base di amido, cereali "ready to eat" per la colazione, cibi per lo svezzamento, integratori per prodotti da forno, ecc.

Gli estrusori cuocitori hanno avuto quindi una diffusione ed un'applicazione molto ampie, ma, ciò nonostante, presentano alcuni aspetti critici. In particolare essi presentano una notevole usura delle parti meccaniche, un limitato range di lavoro, sia per quanto riguarda le condizioni di lavoro dell'impianto che per quanto riguarda le materie prime (sono per esempio sufficienti differenze di pochi gradi di temperatura per avere sovracottura, o cottura insufficiente) . Presentano un limitato sviluppo di aromi durante la cottura, con parziale perdita di quelli esistenti e formazione di gusti anomali.

E' necessario applicare temperature molto elevate per raggiungere il grado di cottura desiderato, con conseguente alterazione delle caratteristiche dell'impasto più vicino al cilindro riscaldato. Risulta quindi difficile la gestione della macchina, specialmente nel caso di transitori, cioè di fermate per ragioni varie. Talvolta sono infatti sufficienti pochi secondi di fermata per provocare il blocco della vite di estrusione a seguito del rapido indurimento del prodotto all’interno del cilindro; risulta quindi necessario poter disporre di un generatore elettrico per mantenere sempre in funzione la macchina, in quanto sono sufficienti poche decine di secondi di blocco dell’estrusore per determinare il blocco della vite e di conseguenza la necessità di estrazione della vite stessa.

Gli estrusori tradizionali presentano inoltre elevati costi di gestione.

Infine, i cuocitori estrusori a vite semplice, oppure doppia, richiedono elevate quantità di energia elettrica specifica intesa come Kwh/kg di prodotto finito, in quanto è necessario lo sviluppo di adeguate quantità di calore durante l'attraversamento della vite di cottura. Conseguentemente si può rilevare un veloce deterioramento e logorio della vite e del cilindro, parti del dispositivo particolarmente costose.

Il livello del logorio è legato alla quantità di sforzo di taglio o shear, sforzo che si instaura tra il prodotto e gli organi dell'estrusore e che dipende, generalmente, dalla natura della materia prima, dal livello di umidità e cottura della miscela, dalla geometria e dal numero di giri della vite e dal tempo di permanenza nel cilindro.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di ovviare agli svantaggi sopra indicati.

In vista di questi scopi è stato realizzato un procedimento per la cottura di un impasto alimentare, caratterizzato dal prevedere almeno due fasi distinte, abbinate:

a) una prima fase di parziale cottura mediante un trattamento a vapore, fase che porta tale impasto dalla temperatura ambiente ad una temperatura di 80°C-100°C circa;

b) una seconda fase di cottura in estrusore dove l'impasto proveniente dalla fase a) può essere portato ad una temperatura di 100°C-130°C.

La fase a) viene effettuata in vasca impastatrice per tempi compresi tra 5 e 30 minuti.

La fase b) può portare l'impasto ad una temperatura massima di 120-130°C.

In particolare, durante la fase a), l'impasto viene mantenuto per l'80% del tempo ad una temperatura superiore agli 80°C. In questo modo si ottiene in uscita un impasto già parzialmente cotto in quanto si ha penetrazione uniforme dell'acqua all'interno dei granuli di amido, con una gelatinizzazione che può variare dal 50 al 95% a seconda delle caratteristiche dell'amido da trattare.

L'umidità dell'impasto oscilla tra il 25% ed il 45%. Alla fine di tale fase l’impasto si presenta costituito da particelle aventi un diametro medio compreso tra 2 e 10 mm.

Ulteriore oggetto della presente'invenzione è un dispositivo per la realizzazione del procedimento che si caratterizza per il fatto di comprendere in successione, un sistema di trattamento e controllo del vapore, connesso ad un sistema di invio di detto vapore ad un sistema comprendente una vasca impastatrice ed un estrusore cuocitore, detta vasca essendo, a sua volta connessa a monte con un sistema di dosaggio di sfarinati ed acqua.

Detto sistema di trattamento e controllo del vapore può essere collegato ad una caldaia.

Detto estrusore-cuocitore può essere eventualmente connesso a valle con un laminatoio oppure con un estrusore-formatore che può essere costituito da una pressa per pasta.

Un primo vantaggio del procedimento secondo la presente invenzione consiste nel garantire un’adeguata trasformazione dell'amido, in relazione alle caratteristiche del prodotto finito, che presenta così uno sviluppo del sapore e dell'aroma tipici della cottura tradizionale, con assenza di sapori anomali.

Ulteriore vantaggio del procedimento secondo la presente invenzione consiste nel presentare una cottuta ottenuta con minimo sforzo meccanico e conseguentemente con minimo danneggiamento del reticolo macromolecolare del prodotto.

La presente invenzione ha anche il vantaggio della massima flessibilità tecnologica, con possibilità di cuocere farine con amidi a bassa temperatura di gelatinizzazione e farine con amidi a temperatura di gelatinizzazione elevata.

La gestione della macchina risulta inoltre facilitata in quanto essa presenta un range di lavoro ampio. E' inoltre economicamente vantaggiosa in quanto il dispositivo secondo la presente invenzione presenta un consumo di energia elettrica specifica dell'ordine di 4 kwh per 100 kg di farina.

La presente invenzione sfrutta quindi un sistema di cottura che utilizza sia la capacità del vapore di trasferire velocemente grandi quantità di calorie in seguito alla condensazione del vapore stesso, con la possibilità perciò di innalzare la temperatura del prodotto fino a 80°C-100°C, sia la capacità dell’estrusore di innalzare la temperatura oltre i 100°C nel caso in cui risulti necessario.

La presente invenzione richiede necessariamente l'abbinamento dei due sistemi, che devono quindi essere considerati interconnessi, in quanto soltanto pochissime materie prime, come per esempio la patata e la tapioca, si trasformano sufficientemente ad una temperatura inferiore ai 100°C. Da tale considerazione nasce l’esigenza di innalzare la temperatura oltre questo valore e quindi di trattare il prodotto in un ambiente pressurizzato come la vite .

Tale abbinamento necessita di un estrusore estremamente semplice in quanto:

a) la quantità di calore che deve essere fornita dall'estrusore è limitata, entrando il prodotto nella vite già ad una temperatura prossima ai 100°C,

b) l'energia necessaria per il movimento della vite è minima dal momento che il prodotto entrando nell'estrusore a 100°C presenta una notevole fluidità e quindi oppone una limitata resistenza al trasferimento lungo la vite di estrusione.

Le caratteristiche strutturali e funzionali ed i vantaggi del procedimento e del dispositivo della presente invenzione risulteranno meglio comprensibili dalla descrizione dettagliata esemplificativa e non limitativa riferita alla figura allegata che è una rappresentazione schematica di un dispositivo per l'attuazione del procedimento secondo la presente invenzione .

In Figura, nel dispositivo genericamente indicato con 10, vengono rappresentati un sistema di dosaggio delle materie prime 11, collegato ad una vasca impastatrice 14, ed un sistema di trattamento e controllo del vapore 13, eventualmente collegato a monte ad una caldaia 12 per la produzione di vapore, tale sistema 13 essendo a sua volta connesso, tramite un sistema di invio, ad un sistema comprendente la suddetta vasca impastatrice 14 ed un estrusore cuocitore 15. Tale vasca 14 è direttamente collegata con l'estrusore cuocitore 15, che può essere eventualmente seguito da un laminatoio, un estrusore formatore o un essiccatoio, indicati schematicamente con 16.

In particolare, nel dispositivo per l'attuazione del procedimento secondo la presente invenzione, è di particolare importanza il sistema di gestione e controllo vapore 13 che permette di mantenere costanti nel tempo le caratteristiche del vapore stesso, sia per quanto riguarda le condizioni di temperatura e pressione, sia soprattutto per quanto riguarda la presenza di gocce di condensa. Il consumo di vapore, nel dispositivo secondo la presente invenzione, oscilla tra 10 e 20 kg/100 kg di sfarinati da trattare.

Lo scarico dalla vasca impastatrice 14 avviene nell'estrusore cuocitore, la cui vite è mossa da motori a bassa potenza (non mostrati in figura), che presentano consumi medi di 6-7 ampere/100 kg di sfarinati, con pressione di lavoro mediamente compresa tra 20 e 30 bar.

L'abbinamento dei due sistemi di cottura vaporeestrusione consente di realizzare un sistema di estrusione estremamente semplificato:

1) minore potenza installata che riduce sensibilmente l'usura delle parti meccaniche;

2) minor numero di zone di controllo, con temperature di esercizio più basse.

Le condizioni di lavoro non raggiungono mai i valori degli estrusori tradizionali.

A parità di prodotto in lavorazione la quantità di energia elettrica richiesta dall'estrusore è circa 1/4 della quantità di energia richiesta dagli estrusori tradizionali.

Inoltre anche nel caso di blocchi o fermate dell'estrusore, la lavorazione può essere generalmente ripresa anche dopo una fermata di diversi minuti.

In particolare il procedimento secondo la presente invenzione prevede che, durante la fase a), l’impasto venga mantenuto per l’80% del tempo ad una temperatura superiore agli 80°C. In questo modo si ottiene in uscita un impasto già parzialmente cotto in quanto si ha penetrazione uniforme dell'acqua all'interno dei granuli di amido, con una gelatinizzazione che può variare dal 50 al 95 % a seconda delle caratteristiche dell'amido da trattare.

L'umidità dell'impasto oscilla tra 25 e il 45% a seconda delle esigenze. Alla fine di tale fase l'impasto si presenta costituito da particelle aventi un diametro medio compreso tra 2 e 10 in .

L’effetto shear risulta assente poiché tale fase del procedimento viene effettuata in vasca impastatrice .

Tale fase, negli estrusori HTST dell'arte nota corrispondeva alla zona dell'estrusore in cui il prodotto passava dalla temperatura ambiente ad una temperatura di circa 100°C ed aveva una durata di poche decine di secondi (30-40 circa).

La fase b) del procedimento secondo la presente invenzione che come precedentemente indicato porta il prodotto ad una temperatura superiore ai 100°C. Nel caso di materie prime di più difficile cottura, quali la farina di mais oppure la farina di frumento, la cottura ideale viene ottenuta con temperature del prodotto al massimo di 120-122°C.

Per ottenere tali valori di temperatura è sufficiente riscaldare il cilindro ad una temperatura di 125-140°C al massimo.

Negli estrusori HTST dell’arte nota, questi risultati vengono ottenuti scaldando il cilindro a temperature dell'ordine di 170-180°C, con tutti i problemi connessi al raggiungimento di tali valori di temperatura.

Infatti a tali valori, gli strati di prodotto più prossimi alla parete del cilindro tendono a carbonizzare, conferendo in tal modo ai prodotti ottenuti con tale tecnologia, un sapore anomalo e tendenzialmente amaro. Anche il sapore proprio delle materie prime tende a scomparire. Tali condizioni debbono inoltre essere garantite in modo rigoroso perché è sufficiente qualche grado in più per avere sovracottura e destrinizzazione del prodotto e qualche grado in meno per non avere cottura sufficiente .

In conclusione la fase b) del procedimento secondo la presente invenzione richiede, a parità di cottura finale, una temperatura del prodotto e del sistema di estrusione inferiore rispetto agli estrusori HTST dell'arte nota in quanto nel momento di inizio della fase b) e cioè di entrata nell'estrusore, l'impasto è già parzialmente cotto ed uniformemente umidificato.

Una particolare attuazione del procedimento secondo la presente invenzione consiste nella produzione di snack pellets. Tale produzione ha origini remote, soprattutto nei paesi dell'estremo oriente. Negli anni più recenti tali prodotti semilavorati espandibili, noti con il nome di pellets, sono stati prodotti mediante l'impiego di macchine per la produzione della pasta utilizzando soprattutto derivati della patata (farina e amidi), oppure con estrusori cuocitori abbinati ad un estrusore formatore.

Il procedimento secondo la presente invenzione risulta particolarmente vantaggioso in quanto consente una grande flessibilità di lavoro: infatti possono essere trattate materie prime molto diverse, dalla farina di frumento, alla farina di mais, .di riso, di tapioca ecc., oppure miscele delle stesse con eventuale aggiunta di amidi. Ottimi risultati vengono ottenuti anche con l'aggiunta di zucchero (5-10%), di proteine varie, di cacao, polveri di vegetali ecc.

La formatura può essere realizzata anche mediante l'estrusione in una normale pressa per pasta con adattamento della cuffia e del sistema di taglio, in quanto, date le caratteristiche dell'impasto cotto, l'estrusione avviene a pressioni comprese tra 100 e 130 bar. L’aggiunta dei vari ingredienti (aromi, farine varie, amidi ecc.) può essere effettuata nella vasca impastatrice dell'estrusore formatore in quanto è possibile amalgamare uniformemente quanto aggiunto con il prodotto cotto, applicazione generalmente non possibile con estrusori HTST.

Inoltre il dispositivo secondo la presente invenzione consente anche di ottenere direttamente una sfoglia, collegando l'estrusore cuocitore con un laminatoio. In tal modo, con un investimento relativamente modesto, si ottiene una vasta gamma di prodotti.

Inoltre il procedimento secondo la presente invenzione può operare con quantità di acqua relativamente elevate (34-38%) e facilita così questo tipo di lavorazione.

I pellets così ottenuti possono essere quindi espansi sia nel modo tradizionale in olio, oppure in letto di sale, o in appositi tostatori.

In questo modo il prodótto finito può essere impiegato sia nell’industria dolciaria che come cereale per la prima colazione, anche con impiego di opportune miscele multigran.

ESEMPIO DI CONDIZIONI DI PROCESSO PER LA PRODUZIONE DI SNACKS CON 100% DI FARINA DI GRANO TENERO:

Caratteristiche delle materie prime:

- proteine 11.3% s.s.

- ceneri 0.58% s.s.

- alveogramma

alvografo di Chopin P/L = 0.48 %

W - 113

Condizioni tecnologiche del processo:

temperatura acqua impasto: 63°C

acqua di impasto: 29 litri /100 kg di sfarinati cottura in vasca:

tempo di trattamento a vapore 8 minuti temperatura impasto trattato con vapore

97°C

condizioni vapore 1.3 bar

cottura in vite:

termostatazione I zona 125°C termostatazione II zona 135°C

giri vite 60 rpm

pressione di estrusione 35 bar

temper .prodotto fine vite 117°c

umidità prodotto uscita trafila 32%

Caratteristica prodotto finito: espansione 5.2.

La cottura HTST viene ancora ampiamente impiegata per la produzione di fiocchi di cereali, in particolare di flakes.

L'impiego, per la stessa produzione, del procedimento secondo la presente invenzione, consente di effettuare la cottura in tempi di 15-20 minuti e permette di eliminare i problemi connessi al non sviluppo dell'aroma ed al troppo rapido assorbimento del latte al momento della consumazione, che causa nei fiocchi la perdita della caratteristica masticabilità in breve tempo.

Lo stesso prodotto, ottenuto secondo la presente invenzione, presenta un sapore più gradevole ed un migliorato comportamento nel latte.

I noodles sono prodotti tipici dell'estremo oriente, a base di amidi, ottenuti da secoli con l'impiego di tecnologie tradizionali e di notevoli quantità di mano d'opera. Essi presentano una forma di spaghetti del diametro di 0.5-0.8 mm e possono essere preparati mediante il procedimento ed il dispositivo della presente invenzione, che consentono di automatizzare e di rendere continuo il metodo fino all'estrusione.

In questa realizzazione, il dispositivo funziona principalmente come cuocitore a vapore e la vite viene impiegata soltanto come estrusore, senza determinare un riscaldamento o un'azione meccanica sul prodotto.

Questo consente di ottenere il grado di gelatinizzazione desiderato, limitando al massimo lo shear che risulterebbe particolarmente negativo per la qualità del prodotto.

La presente invenzione trova una ulteriore applicazione nella cottura di materie prime diverse dal grano. In questo caso la cottura viene realizzata soltanto con il vapore per cui lo shear è assente e la qualità del prodotto particolarmente valida.

In tal modo è possibile ottenere la cottura di farine di mais, di riso, ed altri cereali, sia tal quali che in miscele con la farina di grano.

Un primo vantaggio del procedimento secondo la presente invenzione consiste nel garantire un'adeguata trasformazione dell'amido, in relazione alle caratteristiche del prodotto finito, presentando così uno sviluppo del sapore e dell'aroma tipici della cottura tradizionale, con assenza di sapori anomali .

Ulteriore vantaggio del procedimento secondo la presente invenzione consiste nel presentare una cottura ottenuta con minimo danneggiamento meccanico del reticolo macromolecolare del prodotto.

La presente invenzione ha anche il vantaggio della massima flessibilità tecnologica, con possibilità di cuocere farine con amidi a bassa temperatura di gelatinizzazione e farine con amidi a temperatura di gelatinizzazione elevata. La gestione della macchina risulta inoltre facilitata in quanto essa presenta un ampio range di lavoro. E<T >inoltre economicamente vantaggiosa in quanto presenta un limitato consumo di energia elettrica specifica (kwh/kg di prodotto).

La presente invenzione sfrutta quindi un sistema di cottura che utilizza sia la capacità del vapore di trasferire velocemente grandi quantità di calorie in seguito alla condensazione del vapore stesso, con la possibilità perciò di innalzare la temperatura del prodotto fino a 100°C, sia la capacità dell'estrusore di innalzare la temperatura oltre i 100°C nel caso in cui risulti necessario.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la cottura di un impasto alimentare, caratterizzato dal prevedere almeno due fasi distinte, abbinate: a) una prima fase di parziale cottura mediante un trattamento a vapore, fase che porta tale impasto dalla temperatura ambiente ad una temperatura di 80°C-100°C circa; b) una seconda fase di cottura in estrusore dove l'impasto proveniente dalla fase a) viene portato ad una temperatura di circa 100°C-130°C.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase a) viene effettuata in vasca impastatrice per tempi compresi tra 5 e 30 minuti.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase b) porta l'impasto ad una temperatura non superiore a 120°C-130°C .
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, durante la fase a), detto impasto viene mantenuto per l'80% del tempo ad una temperatura superiore agli 80°C.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto impasto parzialmente cotto in uscita dalla fase a) presenta una penetrazione uniforme dell'acqua all'interno dei granuli di amido, con una gelatinizzazione compresa tra il 50 ed il 95 % a seconda delle caratteristiche dell'amido da trattare.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto impasto in uscita dalla fase a) presenta un'umidità compresa tra il 25 ed il 45%.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che tale impasto si presenta costituito da particelle aventi un diametro medio compreso tra 2 e 10 mm.
8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette fasi a) e b) comportano un consumo di energia elettrica specifica dell'ordine di 4 kwh per 100 kg di farina.
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase a) prevede un consumo di vapore compreso tra 10 e 20 kg/100 kg di sfarinati da trattare.
10. 10. Dispositivo per la realizzazione del procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal comprendere un sistema di trattamento e controllo del vapore, connesso ad un sistema di invio di detto vapore ad un sistema comprendente una vasca impastatrice ed un estrusore cuocitore, detta vasca essendo, a sua volta connessa a monte con un dosatore di materie prime.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto estrusorecuocitore può essere eventualmente connesso con un laminatoio, un estrusore formatore e/o un essiccatoio.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detto estrusore formatore può consistere in una pressa per pasta.
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che tale sistema di trattamento e controllo del vapore viene eventualmente collegato a monte con una caldaia.
14. 14. Pellets, flakes e noodles realizzati mediante il procedimento secondo la rivendicazione 1.