ECHIPAMENTE PENTRU FRĂMÂNTAREA ALUATULUI

1. Generalităţi

Frământarea reprezintă operaţia tehnologică prin care se urmăreşte obţinerea unei mase omogene de aluat, cu o anumită structură şi însuşiri reologice (rezistenţă, extensibilitate, elasticitate, plasticitate) specifice sortimentului.

Însuşirile reologice ale aluatului influenţează volumul şi forma pâinii, elasticitatea miezului şi a cojii, menţinerea prospeţimii. Dacă aluatul are extensibilitate şi elasticitate destul de mari, se obţine o pâine bine afânată, cu volum dezvoltat şi cu miezul având pori cu pereţi subţiri. În cazul în care aluatul este prea rezistent, pâinea se obţine nedezvoltată, cu miezul dens, iar când aluatul este excesiv de extensibil, pâinea se aplatizează, are volum redus şi porozitate grosieră.

Operaţia de frământare se realizează în cuva malaxorului sau frământătorului. În funcţie de modul de lucru, malaxoarele se clasifică în: - malaxoare cu funcţionare continuă; - malaxoare cu funcţionare discontinuă.

2. Elemente caracteristice frământării

Aluatul (Al) se formează în principal din faină (F) şi apa (A) prin amestecare pe cale mecanică. În afară de aceste materiale, în funcţie de faza tehnologică care se obţine prin frământare (prospătură, maia, aluat) şi de sortimentul de produs finit, se mai adaugă cantităţi variabile de aluat fermentat (B), drojdie (D), sare (S), pastă cartofi (PC) şi materiale de înnobilare (Mi): grăsimi, lapte praf, zahăr şi altele .

Scopul frământării este acela de a realiza o amestecare perfectă a materiilor prime, cu o repartizare uniformă a lor în masa de aluat obţinută. Acesta trebuie să prezinte o structură adecvată şi proprietăţi optime care să conducă la efectuarea corespunzătoare a operaţiilor următoare din cadrul procesului tehnologic de obţinere a produsului finit.

Bilanţul de materiale al procesului de frământare se poate scrie astfel:

(1)

sau, ţinând seama de proporţiile reţetei:

(2)

unde ch (%) reprezintă capacitatea de hidratare a făinii, echivalentă cu cantitatea de apă care se adaugă la o sută de kilograme de făină (cu umiditatea de 14%) pentru a obţine prin frământare un aluat de o anumită consistenţă (Alc), în anumite condiţii de lucru bine stabilite P – pierderi d% - procent drojdie; s% - procent sare.

Aprecierea aluatului se face prin consistenţa lui, care reprezintă o proprietate de natură reologică, complexă, rezultată prin combinarea vâscozităţii, plasticităţii, elasticităţii şi care variază cu umiditatea, temperatura şi timpul, cu proporţia dintre fazele aluatului (solid – lichid - gaz), cu compoziţia biochimică a făinii etc. Consistenţa aluatului se măsoară organoleptic, prin pipăit, sau cu ajutorul consistometrelor (cu penetrometre de cufundare sau prin comparaţie cu o instalaţie de frământare etalon - farynograph). Ea influenţează randamentul procesului tehnologic de panificaţie.

Dacă, în timpul procesului de frământare, se măsoară momentul de torsiune la arborele unui frământător (malaxor de aluat), se obţine o curbă M = f(t), care se prezintă sub o formă ca cea din fig. 1

Fig. 1 Variaţia momentului de torsiune la arborele frământătorului

În figură porţiunea 1" a curbei reprezintă momentul la mers în gol al frământătorului. La introducerea făinii apar frecări suplimentare, constante în timp şi se obţine porţiunea de curbă 1’. La turnarea apei peste făină începe procesul de hidratare a făinii şi de formare a aluatului (fragmentul AB). Momentul de torsiune creşte şi acest lucru reflectă că în timpul Δt1 se formează un corp nou, cu proprietăţi diferite, aluatul.

În continuare, după atingerea valorii maxime, momentul poate avea valori constante (porţiunea BC). Dacă frământarea se prelungeşte aluatul se înmoaie, iar pentru timpul t3 se poate înregistra o cădere de consistenţă, de moment, M.

Timpii corespunzători porţiunilor de curba l, 2 şi 3 se numesc: timpi de formare a aluatului (Δt1), timp de stabilitate (Δt2) şi timp de înmuiere (Δt3).

Cu ocazia frământării au loc modificări complexe ale substanţelor din aluat, dintre care o importanţă deosebită o au procesele coloidale şi fizico-chimice.

La început apa nu pătrunde singură în masa de făină. Acest lucru se manifesta cu atât mai mult cu cât granulaţia fainii este mai mică. Fără agitare apa poate pătrunde în interspaţii numai sub forma de vapori. (La făinurile aglomerate, cu particule asociate, hidratarea se face uşor şi din acest motiv ele se numesc făinuri semiinstant). Braţele de frământare fragmentează faina. Apa pătrunde între fragmente şi la suprafaţa acestora se formează pelicule cu umiditate mare. Prin divizarea fragmentelor apar noduli cu umiditate diferită, înconjuraţi de pelicule vâscoase şi apă. Prin micşorarea nodurilor suprafaţa lor creşte iar cantitatea de apă liberă scade. Vâscozitatea straturilor exterioare creşte, iar în interiorul nodulilor apar gradienţi de viteză, lucru care duce la deplasări interne de materiale şi începe procesul de amestecare a porţiunilor cu umidităţi diferite. Durata procesului de hidratare, până la nivel de granulă de faină, depinde de intensitatea amestecării şi de gradul de mărunţire a fainii, de semiinstantizare.

La nivel de particulă de făină, compusă din granule de amidon, glomerule proteice şi porţiuni de material celulozic, legarea apei se face în mod diferenţiat. Granulele de amidon leagă apa prin absorbţie, cu degajare de căldura (căldura de hidratare), fără variaţii notabile de volum. Materialul celulozic leagă apa prin îmbibare datorită structurii capilar-poroase. Glomerulele de substanţe proteice leagă apa prin osmoză, se umflă şi se lipesc între ele. Această fază constituie faza de formare a aluatului.

La continuarea amestecării, aglomerările umede de făină încep să se unească într-o masă compactă de aluat, care capătă pe parcurs proprietăţi elastice, începe să se desprindă de pe peretele cuvei de frământare, umiditatea de la suprafaţă dispare, iar suprafaţa acestuia devine netedă şi uscată. Această fază constituie faza de dezvoltare a aluatului. Timpul necesar pentru obţinerea dezvoltării optime este de 2…25 minute, în funcţie de tipul frământătorului, viteza organelor de frământare, sortimentul de făină şi cantitatea de apă adăugată la frământare.

Pe parcursul frământării starea aluatului poate să rămână neschimbată, într-un interval mai scurt sau mai lung de timp. Aceasta constituie faza de stabilitate, durata ei având un rol important în procesul de panificaţie.

Dincolo de faza de stabilitate, dacă se continuă frământarea, apar modificări progresive ale structurii aluatului: acesta devine moale, puţin elastic şi foarte extensibil, după care îşi pierde coeziunea, capătă proprietatea de lipire, şi se comportă similar cu un lichid. Această fază reprezintă faza de înmuiere aluatului.

Făina de calitate slabă se frământă un timp mai scurt decât cea de calitate bună, pentru a evita degradarea glutenului. Asupra calităţii aluatului frământat influenţează şi temperatura lui, temperatura cea mai potrivită fiind de 28…30°C. O temperatură mai înaltă poate duce la înrăutăţirea elasticităţii şi consistenţei aluatului, în special la cel preparat din făină slabă, iar o temperatură mai joasă micşorează plasticitatea aluatului, ceea ce duce la dificultăţi în faza de prelucrare, precum şi la scăderea calităţii produselor finite.

Rolul principal în formarea aluatului din făină de grâu îl au substanţele proteice generatoare de gluten. Acestea absorb cea mai mare cantitate de apă folosită la frământare. Acţiunea mecanică de frământare îmbunătăţeşte proprietăţile fizice ale aluatului, contribuind la accelerarea umflării substanţelor proteice şi la formarea scheletului de gluten, ceea ce apare mai evident în cazul făinurilor slabe. De aceea aluaturile din făină foarte bună, la care scheletul de gluten este foarte rezistent, trebuie frământat timp îndelungat (şi chiar refrământat de 1…2 ori în timpul fermentării), pentru obţinerea de proprietăţi fizice optime, în timp ce frământarea aluatului din făină slabă trebuie să înceteze imediat după obţinerea unei mase omogene.

Acţiunea de frământare duce la micşorarea glutenului ce poate fi spălat, datorită micşorării grupărilor proteice, iar rezistenţa enzimatică a proteinelor scade. Un rol importantă în modificarea structurii proteinelor îl are durata şi modul de frământare. Un aluat este bine frământat atunci când este omogen, bine legat (consistent), uscat la pipăit, elastic şi se dezlipeşte uşor de pe braţul frământătorului şi de pe pereţii cuvei.

Frământarea rapidă şi intensă a aluatului este uşor de aplicat, dacă se dispune de un malaxor a cărui viteză de frământare poate fi variată, viteza a doua trebuind să fie de circa două ori mai mare decât a malaxoarelor obişnuite. În cazul frământătoarelor cu braţ oblic, de exemplu, turaţia braţului de frământare trebuie să fie de 75…80rot/min, faţă de 30…40 rot/min, cât ar fi în mod obişnuit. Prin acest mod de frământare adaosul de drojdie creşte substanţial (2…3% raportat la făină); fermentarea aluatului în cuvă este scurtă (45…60 min); temperatura aluatului scade (24…25°C).

Calculul puterii şi energiei specifice la frământarea aluatului Pornind de la curba operaţiei de frământare (fig.1) şi de la expresiile puterii, se pot calcula

puterea maximă şi puterea medie la frământarea aluatului:

(3)

(4)

(5)

Pentru calculul puterii medii avem nevoie de momentul mediu (Mm), care se determină cu relaţia:

(6)

unde: S - suprafaţa cuprinsa între curba momentului, abscisă şi verticala corespunzătoare sfârşitului fazei de stabilitate a aluatului; tf – valoarea timpului de frământare – corespunzător sfârşitului fazei de stabilitate, tf = t2.

Energia consumată în procesul de frământare se determină cu relaţia:

(7)

Energia specifică de frământare ε, se determină făcând raportul între energia consumată E şi masa aluatului frământat (ε are valori între 10…15 J/g).

[J/g] (8)

3. Soluţii constructive de malaxoare

3.1. Malaxoare cu funcţionare discontinuă.

Malaxoarele cu funcţionare discontinuă sunt malaxoarele care lucrează în şarje şi au o mare varietate de soluţii constructive. Acestea, în funcţie de axa de lucru se împart în malaxoare cu axe orizontale, înclinate sau verticale.

3.1.1. Malaxoare cu axe orizontale.Acestea sunt cele mai vechi tipuri de malaxoare, având în componenţă ca element fix, cuva, iar

ca elemente mobile braţele de frământare. Dezavantajul unor astfel de frământătoare constă în faptul că nu toată masa de aluat participă la

frământare, deoarece în interiorul cilindrilor rotitori, generaţi de rotaţia braţelor de frământare, aluatul este imobil. De aceea este necesar ca din timp în timp, să fie curăţate arborele şi braţele, de aluatul aderent la acestea.

Un alt dezavantaj îl reprezintă faptul că descărcarea aluatului se face normal , cuva neputând fi detaşată, doar înclinată.

Pentru acest tip de malaxoare există mai multe tipuri constructive reprezentate în figura 2.

Fig. 2 Schema de principiu a unor malaxoare cu axe orizontale.

Braţele de frământare pot fi sub forma unor rotoare cu palete sau a unor braţe cadru constituite din spire elicoidale în formă de “zeta” sau în formă de “sigma”. Malaxoarele utilizând acest tip de braţe elimină dezavantajul înfăşurării aluatului de rotor.

În categoria acestor malaxoare intră malaxorul cu spiră elicoidală fig. 3. care are ca braţ de frământare o spiră conică. Părţile componente ale unui astfel de frământător sunt cuva 1, gura de alimentare 2, braţul de frământare 3, capacul rabatabil de evacuare 4, transmisia prin roţi dinţate 5.

În interiorul cuvei, materiile prime introduse periodic prin gura de alimentare frământător cu spiră se transformă în aluat. Acesta capătă o elicoidală conică şi ax orizontal, mişcare axială dublă: la exterior aluatul se deplasează către capacul de evacuare, iar la interior aluatul se deplasează dinspre capac către zona de diametru minim a spirei. Din cauza acestei mişcări, la evacuarea aluatului nu mai este necesară înclinarea cuvei.

3.1.2. Malaxoare cu axe înclinateBraţele de frământare ale acestor malaxoare sunt dispuse şi se rotesc în jurul unor axe înclinate,

astfel, formându-se în interiorul cuvei o zonă de frământare redusă în raport cu volumul total al cuvei. Pentru a se elimina acest neajuns, cuva malaxorului se roteşte în jurul axei sale verticale cu o viteză unghiulară corespunzătoare, jucând rolul atât de suprafaţă fixă cât şi de transportor de aluat. Reducându-se zona de lucru a braţului de frământare se diminuează substanţial puterea instalată a utilajului, însă se măreşte corespunzător timpul de frământare datorită trecerii succesive a aluatului din cuvă prin zona de acţiune a braţului de frământare.

În figura 4 sunt reprezentate tipurile constructive ale unor astfel de echipamente.Astfel, în fig. 4 - a este reprezentat un tip de

malaxor având cuva nedetaşabilă cu braţ tip furcă ce rămâne în permanenţă în interiorul acesteia.

În fig. 4 - b, malaxorul are cuva detaşabilă, caz în care braţul de frământare este frânt, în timpul unei rotaţii complete, depăşind marginea superioară a cuvei, ceea ce permite desprinderea căruciorului acesteia de mecanismul de acţionare.

În funcţie de necesităţile tehnologice, la malaxoarele cu braţ frânt se pot ataşa, pe rând, mai multe cuve, eliminându-se astfel operaţia de golire a aluatului din ciclul de frământare.

Ca dezavantaj principal al acestor frământătoare se aminteşte momentul de torsiune variabil al braţului de frământare, din cauza intrării şi ieşirii succesive în şi din masa de aluat din cuvă. Un alt dezavantaj îl

reprezintă funcţionarea cu şocuri, totodată prelungindu-se mult timpul de frământare, deoarece braţul nu mai este permanent în contact cu aluatul din cuvă.

Cel mai reprezentativ malaxor al acestei categorii, este malaxorul tip Independenţa, a cărui schemă constructivă este reprezentată în figura 5.

Fig. 3. Malaxor cu spirală elicoidală

Fig. 4 Scheme de principiu ale malaxoarelor cu axe înclinate

Principalele părţi componente ale acestui malaxor sunt cuva de frământare 1, arborele de antrenare al cuvei 2, maneta pentru întreruperea funcţionării 3, braţul de frământare 4, roata pentru ridicarea braţului 5, apărătoarea 6, sistemul de blocare a căruciorului 7, carcasa transmisiei 8. Frământarea aluatului se realizează datorită mişcării braţului de frământare care se afundă periodic în masa de aluat şi datorită cuvei, care realizează o frământare uniformă.

3.1.3. Malaxoare cu ax verticalLa acest tip de frământătoare mecanismul de frământare este format dintr-un cadru (bare sau braţe) de diferite forme care se roteşte în interiorul cuvei, în jurul unui ax vertical. Zona de frământare, formată prin

rotirea cadrului mobil, nu ocupă întregul volum al cuvei, şi de aceea, pentru ca întreaga masă de aluat să treacă prin zona de frământare s-au adoptat două soluţii. Prima soluţie constă în rotirea cuvei în jurul unui ax vertical şi trece tot aluatul prin zona de frământare fixă, iar cea de a doua soluţie constă în cuvă fixă şi zonă de frământare mobilă.

Prima soluţie se aplică la frământătorul Tkacev, reprezentată în figura 6.

În interiorul cuvei 1 se roteşte excentric braţul de frământare 2, format dintr-un cadru, care prin rotaţie formează o zonă de frământare de formă cilindrică, plasată la distanţa “d” de pereţii cuvei, dar tangentă la axa de rotaţie a acesteia. Cuva este acţionată prin lagărul axial 3. Datorită formării momentului de rotaţie R× P3 cuva se roteşte singură, numai fiind nevoie de un sistem de acţionare. Acest sistem simplifică construcţia frământătorului, însă are dezavantajul că reduce valoarea gradaţiilor de viteză, micşorează intensitatea frământării, iar viteza

de rotaţie a cuvei variază destul de mult chiar în timpul unui frământări, lucru care trebuie corectat uneori de frământător.

Pentru detaşarea cuvei, braţul de frământare se ridică (în poziţia punctată) prin schimbarea sensului de rotaţie al arborelui filetat 4, care împreună cu axul tubular 2, formează un sistem telescopic. Bara verticală 5, are rolul de a opri din rotaţie cadrul de frământare, atunci când acesta părăseşte masa de aluat, datorită ridicării.

3.2. Malaxoare cu funcţionare continuăDintre frământătoarele cu funcţionare continuă cele mai răspândite sunt cele cu spire şi benzi

elicoidale, tip Nudelman sau Iverson, precum şi frământătoarele cu palete de tip Rabinovici.Spre deosebire de celelalte tipuri de frământătoare, acestea produc simultan amestecarea

componentelor, formarea aluatului şi tensionarea lui.Alimentarea cu făină, apă, drojdie se produce simultan şi în mod continuu prin racordurile de

alimentare, cu debit constant şi în proporţiile bine stabilite de către reţetă.

Fig. 5. Malaxor tip Independenţa

Fig. 6 Malaxor cu braţ conducător şi cuvă condusă (Tkacev)

Malaxorul Nudelman este reprezentat în figura 7. La acest tip de malaxor se disting trei zone de lucru. O zonă I în care se află spira elicoidală 2, care amestecă şi deplasează axial materialele şi o zonă II în care se execută hidratarea şi formarea aluatului datorită benzilor 3, iar în zona III acţionează discurile cilindrice 4, montate excentric, care presează aluatul pe pereţii cuvei. Această ultimă zonă este prevăzută cu manta de răcire, datorită încălzirii aluatului prin frecarea şi presarea de cuvă. În figură mai sunt poziţionate resortul 7, care preia momentul de reacţiune din carcasa motorului, un amortizor 8, pârghia de rigidizare a statorului 6.

Malaxorul Iverson prezentat în figura 8 are avantajul că permite desfacerea aluatului blocat pe arborele frământătorului, dar din cauza construcţiei foarte complexe este foarte scump.

În interiorul cuvei orizontale 1, se rotesc o spirală planetară 7 şi două bare excentrice 4 şi 5. bara 5 are rolul de a desprinde aluatul aderat la braţul spiral. Cuva cilindrică este delimitată la ambele capete de două discuri 2 care se rotesc în jurul axei x-x , cu aceeaşi viteză unghiulară fiind antrenate de la un arbore comun 3. discurile sunt unite prin bara de frământare cu rolă 4 şi bara în consolă 5 a cărei poziţie faţă de discuri se reglează prin şuruburile 6. Spira elicoidală primeşte mişcare de rotaţie prin intermediul roţilor dinţate fixe 8 şi 9 şi a roţilor dinţate 10 şi 11 de pe arborele tubular de capăt.

Fig. 8Malaxorul planetar Iverson

Fig. 7 Malaxorul de aluat Nudelman