در هر راهروی پخت سوپرمارکتی قدم بزنید و ردیف‌هایی از آستر مافین، بسته‌بندی کیک‌های کوچک و پوسته‌های تارت به شکل‌های گرد، مربع، قلب، ستاره و شش ضلعی پیدا خواهید کرد. هر فرم عملکرد خود را دارد (حاوی خمیر در فرآیند پخت برای تمیز کردن و آزاد کردن محصول نهایی). و هر یک زیبایی شناسی را ارائه می دهد (نمایشی جذاب بصری از محصولات پخته شده). اما تولید این اشکال متنوع با نرخ صنعتی نیاز به تجهیزات قالب گیری تخصصی دارد. ماشین‌های قالب‌گیری خودکار سینی کیک، سیستم‌هایی هستند که بیلت‌های مسطح، از قبل برش داده شده یا نورد شده را به ظروف پخت سه بعدی تبدیل می‌کنند. معماری ابزار آن محدوده اشکالی را که می تواند تولید کند تعیین می کند. این با توانایی آن در پردازش مواد تعیین می شود. این با نحوه تشکیل آن مشخص می شود.
فرآیند شکل‌گیری چگونه کار می‌کند
قبل از بحث در مورد اشکال خاص، لازم است مکانیسم شکل دهی اساسی را درک کنیم. فرآیند کار Anدستگاه تشکیل اتوماتیک سینی کیک کاغذیگرما، فشار و شکل دهی مکانیکی را با هم ترکیب می کند. مواد تشکیل دهنده معمولاً کاغذ روغنی، پوست روغنی یا کاغذی هستند که با لایه های نازکی از سیلیکون یا پلیمرهای فلورینه پوشیده شده اند. و یا به عنوان یک شمش از قبل برش- یا به عنوان یک شبکه پیوسته که به اندازه در داخل دستگاه بریده می شود، وارد دستگاه می شود.
قسمت برش بر روی قالب مادر چیده می شود (قالب مادر حفره ای در داخل سینی مورد نیاز است). از یک قالب نر (یک سینی پانچ- در قسمت بیرونی) ساخته شده است. هنگامی که پانچ وارد حفره قالب می شود، بیلت باید با هندسه قالب مطابقت داشته باشد. در نتیجه، دیواره‌های کناری، کف صاف و لبه‌های مجعد ایجاد می‌کند که دارای پخت فنجان کاغذی است. دما معمولاً بین 180 تا 220 درجه سانتیگراد است. پوشش یا صمغ روی کاغذ را فعال می کند. در نتیجه، چین‌های واضح و دائمی ایجاد می‌کند که پس از آزاد شدن فشار، شکل سینی را حفظ می‌کند.
این مطالعه که در Journal of Materials Processing Technology منتشر شده است، نشان می دهد که شکل پذیری کاغذ در حین کشیدن و مهر زنی عمیق به میزان رطوبت، جهت الیاف و نوع پوشش آن بستگی دارد. عملکرد بهینه شکل دهی زمانی حاصل می شود که رطوبت بین 5 تا 7 درصد باشد. فیبر عمود بر جهت کششی اصلی است (Elsevier, 2020).
سینی های گرد: استاندارد صنعت
لیوان های کاغذی گرد پرفروش ترین فرمت پخت در جهان است. آنها پرمصرف ترین فرمت جهان هستند. شکل استوانه ای یا کمی مخروطی شکل پیش فرض مافین، کاپ کیک و پای است. زیرا در حین پخت، خمیر به طور مساوی پخش می شود. حتی اجازه می دهد تا گرما در اطراف محصول گردش کند. محصولات پخته شده را با حداقل مقاومت آزاد می کند.
دستگاه تشکیل خودکار سینی کیک کاغذی، سینی های دایره ای را با ارسال بیلت های دایره ای به یک ایستگاه شکل دهی چرخشی یا نمایه سازی مجهز به یک ماژول دایره ای تولید می کند. قطر آن معمولا از 30 میلی متر کاپ کیک تا 95 میلی متر فنجان مافین متغیر است. الگوی چین دار یک دیواره جانبی فلوت دار مشخصه ایجاد می کند. با اختلاف هندسی بین قطر بیلت و قطر قطر فنجان تمام شده تولید می شود. یک فنجان مافین استاندارد ممکن است از یک شکاف 95 میلی متری برای تشکیل یک پایه 65 میلی متری استفاده کند. بنابراین 8 تا 12 چین ایجاد می کند که به طور مساوی در اطراف پخش می شوند.
مزیت فنی فرم دایره ای، تقارن ساختاری است. فرآیند شکل دهی دارای توزیع تنش یکنواخت و ضخامت دیواره و تکرارپذیری خوب است. عمق چین‌ها بسیار قابل تکرار است. و قوام رینگ ها بسیار قابل تکرار است. اینها فاکتورهای کیفیت کلیدی برای نانوایی های تجاری هستند که نیاز به خطوط اتوماتیک پر کردن و بسته بندی یکسان دارند. روش تست استاندارد ASTM D646 برای اندازه گیری وزن (وزن پایه) کاغذ پخت. کاربرد فنجان دایره ای به طور کلی بین 35-80 گرم بر متر مربع است (ASTM International, 2021).
سینی های مربع و مستطیل: دقت در گوشه ها
از سینی های کاغذی مربعی و مستطیلی برای پخت براونی، کیک های اسلب و دسرهای فردی استفاده می شود. آنها یک چالش اساسی در شکل گیری متفاوت هستند. سینی دایره ای، تنش تشکیل را به طور مساوی در حدود 360 درجه توزیع می کند. اما پالت های مربعی تنش را در چهار گوشه متمرکز می کنند. کاغذ باید با زوایای تیز روی این گوشه ها کشیده شود. نباید آن را به یک منحنی ملایم کشید.
قالب قالب گیری سینی مربعی دارای یک عملکرد تسکین زاویه ای است. اینها شعاع های کوچکی در گوشه های داخلی هستند. معمولاً 2-5 میلی متر. همچنین از پاره شدن کاغذ در حین کشیدن کاغذ جلوگیری می کند. حتی با چنین برجسته کاری، کاغذ در گوشه به طور قابل توجهی فشار بیشتری را نسبت به کاغذ روی دیواره های صاف تجربه می کند. یک مطالعه منتشر شده در مجله بین المللی علوم مکانیکی نشان داد که فشار موضعی در گوشه های سینی کاغذ مربعی می تواند 3.5 تا 4.2 برابر بیشتر از مرکز دیواره کناری باشد. بنابراین، انتخاب کاغذ در این نقاط تنش و عملکرد پوشش از عوامل تعیین کننده کیفیت سینی مربع هستند (Elsevier, 2021).
دستگاه تشکیل خودکار سینی کیک کاغذی برای تولید سینی مربعی با استفاده از-قطعات مربعی برش داده شده پیکربندی شده است. از حلقه ها استفاده نمی کند. جای خالی بالای مدل مادر مربعی- قرار دارد. مشت نر به طور همزمان پایین می آید تا چهار دیواره کناری را تشکیل دهد. الگوی چین دار با جام گرد متفاوت است. سینی های مربعی معمولا از چین های مورب در هر گوشه استفاده می کنند. آنها از آرایش پلیسه محیطی استفاده نمی کنند. بنابراین این نیاز به هندسه پانچ متفاوتی دارد. این به پروفیل فشار شکل دهی متفاوتی نیاز دارد.
اندازه سینی های مربعی معمولاً از 50 × 50 میلی متر تا 120 × 120 میلی متر متغیر است. فرمت مستطیلی دارای نسبت 2: 1 است که در برنامه های برش رایج است. تغییر قالب به اندازه‌های مختلف مربع یا مستطیل ماشین‌ها معمولاً نیاز به جایگزینی هر دو مدل نر و ماده دارد. در دستگاه‌های سروو{9}}قابل تنظیم مدرن، این کار 15 تا 30 دقیقه طول می‌کشد.
سینی های شکل قلب{0}: چالش شکل گیری
فنجان‌های پخت قلب{0}}شکل خاصی است که برای جشن کیک استفاده می‌شود. اینها شامل روز ولنتاین، عروسی، سالگرد و نمایش دسرهای تزئینی است. آنها پیچیده ترین سینی های کیک کاپ کیک با شکل استاندارد مکانیکی هستند که ماشین های قالب گیری اتوماتیک می توانند تولید کنند. زیرا هندسه قلب دو شعاع منحنی متفاوت را ترکیب می کند. با سنبله های پایین ترکیب می شود. ظاهر کلی نیز نامتقارن است.
قالب شکل‌گیری سینی قلب{0}}شکل باید توزیع تنش غیریکنواخت ذاتی هندسی را در نظر بگیرد. دو لوب بالایی نیاز دارند که کاغذ به صورت منحنی محدب کشیده شود. راس پایین یک نقطه تمرکز تنش ایجاد می کند. در این مرحله، کاغذ به شعاع نزدیک به صفر کشیده می شود. طراحی قالب باید دارای زوایای ترسیم مقیاس باشد. باید شامل جریان کنترل شده ای از مواد باشد. این از راس جلوگیری می کند. این یک تعریف واضح از چین‌ها در امتداد دیوار جانبی منحنی را حفظ می‌کند.
سینی‌های{0}}قلبی شکل معمولاً اندازه‌هایی از 45 میلی‌متر (کیک کوچک) تا 90 میلی‌متر (کیک استاندارد) در قطری معادل تولید می‌کنند. رفل ها نامنظم است. برگ بالایی آن چین‌های متراکم‌تری دارد. زواید مستقیم نیز پراکنده تر هستند. دارای چین و چروک تیز در پایین است. این بی نظمی به این معنی است که بعید است فشار تشکیل دهنده اطراف یکنواخت باشد. بنابراین ماشین باید فشار دیفرانسیل را روی سطح قالب اعمال کند. این قابلیت به سیستم‌های پرس پنوماتیکی یا سروو کنترل‌شده{10}چند ناحیه‌ای نیاز دارد.
فدراسیون علوم و فناوری غذایی اروپا (EFFOST) مطالعه ای را در مورد خواص ساختاری تشکیل ظروف پخت کاغذی منتشر کرده است. همچنین اشاره شد که سینی قلب{1}شکل حدود 20 درصد سفتی جانبی بیشتری نسبت به سینی دایره ای بزرگتر نشان می دهد. این به دلیل توزیع ناهموار چین ها و کاهش تعداد کل چین ها است. در نتیجه، سینی‌های{5}}قلبی شکل به وزن کاغذ کمی بالاتر- نیاز دارند. این معمولاً 5-10 گرم در متر مربع بالاتر از مشخصات گرد معادل است. عملکرد ساختاری آن به سطوح قابل مقایسه رسید (EFFoST، 2022).
سایر اشکال تخصصی: ستاره ها، شش ضلعی ها و قالب های سفارشی
علاوه بر این سه قالب اساسی، ماشین‌های قالب‌گیری مدرن می‌توانند یک سری اشکال هندسی را تولید کنند.
سینی های ستاره
سخنرانی اصلی به شکل ستاره بود. اینها شامل پخت و پز در تعطیلات، کالاهای مهمانی کودکان و بسته بندی دسرهای تزئینی است. پنج یا شش نقطه از ستاره باعث ایجاد غلظت شدید تنش در هر رأس می شود. بنابراین آنها نیاز دارند که قالب با شعاع کشش دقیق طراحی شود. و نیاز به بسترهای کاغذی با مقاومت پارگی{4}}قطع بالا دارند. TAPPI T414 روش تست مقاومت در برابر پارگی کاغذ را تعریف می کند. این پارامتر جرم اولیه برای ارزیابی مناسب بودن بسترها برای شکل گیری قالب ستاره است (TAPPI، 2022).
سینی شش ضلعی و هشت ضلعی
اشکال چند وجهی سازش بین کارایی ساختار فنجان دایره ای و بهینه سازی فضای ظرف مربعی را فراهم می کند. آنها معمولاً در محصولات پخت تجاری استفاده می شوند و باید به طور مؤثر بر روی تخته های پخت استاندارد منبت کاری شوند. فرآیند تشکیل یک سینی چند وجهی از نظر مکانیکی ساده‌تر از فرآیند تشکیل سینی{4}}به شکل قلب یا ستاره‌ای است. زیرا استرس به طور مساوی توزیع نمی شود. اما پیش‌بینی و مدیریت آن آسان‌تر از راس‌های حاد است.
اشکال سفارشی
برخی از تولیدکنندگان قالب‌های سفارشی-با اشکال نامنظم را ارائه می‌دهند. اینها شامل گل ها، حیوانات و الگوهای فصلی است. آنها تزئینی هستند، نه کاربردی. این اشکال معمولا نیاز به توسعه ابزار اختصاصی دارند. کمتر تولید می کنند. بنابراین، آنها فقط برای خطوط محصول برتر یا فصلی اعمال می شوند.
مواد غذایی{0}}استانداردهای ایمنی تماس سینی های پخت کاغذ
صرف نظر از شکل، تمام سینی های پخت کاغذ باید با مقررات ایمنی قرار گرفتن در معرض مواد غذایی مطابقت داشته باشند. در ایالات متحده، FDA کاغذ و مقوا در تماس با غذا را بر اساس بخش 176، فصل 21، مقررات فدرال غذا (افزودنی های غیرمستقیم غذا: کاغذ و اجزای مقوا) تنظیم می کند. این مقررات همچنین موادی را که در فرآیند تولید کاغذ مجاز هستند، مشخص می کند. این شامل چسب ها، پوشش ها و درمان های پلیمری است. استفاده از مواد پرفلوئوروآلکیل (PFAS) برای تیمارهای روغنی موضوع مورد بررسی دقیق نظارتی فزاینده ای بوده است. چندین ایالت دیگر محدودیت هایی بر روی PFAS در اسناد قرار گرفتن در معرض مواد غذایی دارند (FDA، 2022).
در اروپا، مقررات (EC) شماره. 1935/2004 چارچوبی را برای مواد در معرض مواد غذایی ایجاد می‌کند. همچنین به کاغذ و مقوا نیاز دارد که مقادیر زیادی از موادی را که ممکن است در تماس با غذا برای سلامتی انسان مضر باشد، منتقل نکند. نباید تغییرات غیرقابل قبولی در ترکیب غذا ایجاد کند. توصیه موسسه فدرال آلمان برای ارزیابی ریسک (BfR) XXXVI مشخصات دقیقی را برای کاغذ و مقوا در تماس با غذا ارائه می دهد. همچنین شامل محدودیت‌های خاصی برای جابجایی مواد فردی می‌شود (مجموعه کد فدرال، 2021).
دستگاه تشکیل خودکار سینی کیک کاغذی خود مطابقت با این قوانین را تعیین نمی کند. از آنجا که انعطاف پذیری یک تابع کاغذ بستر و مواد پوشش است. اما ماشین ها نمی توانند آلاینده ها را در طول قالب گیری وارد کنند. این شامل انتقال روان کننده از سطح قالب است. علاوه بر این، شرایطی را ایجاد نمی کند که به موانع دسترسی به مواد غذایی کاغذی آسیب برساند. ماشین‌هایی که برای تولید مواد غذایی طراحی شده‌اند-از روان کننده‌های درجه مواد غذایی{6} در همه سطوح تماس استفاده می‌کنند. آنها از فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم آنودایز شده برای مبارزه با خوردگی و آلودگی استفاده می کنند.
نتیجه گیری
دستگاه قالب گیری سینی کاپ کیک اتوماتیک می تواند انواع شکل های سینی را تولید کند. اینها از فنجان های گرد از نظر ساختاری تا قالب قلب پیچیده هندسی را شامل می شود. این از طریق تأثیر متقابل هندسه قالب، فشار قالب‌گیری، فعال‌سازی حرارتی و خواص مواد کاغذی به دست می‌آید. فرمت رولت همچنان معیار صنعت برای پیش بینی پذیری است. این پایه برای عملکرد ساختاری آن باقی می ماند. فرمت های مربع و مستطیل چالش مدیریت تنش زاویه ای را معرفی می کنند. و همه اینها مستلزم قالب گیری دقیق است. آنها باید بستر خود را با دقت انتخاب کنند. قلب ها و سایر قالب های خاص مرزهای شکل پذیری کاغذ را جابجا می کنند. بنابراین، آنها به کنترل فشار چند ناحیه ای{9} نیاز دارند. آنها به زوایای تدریجی نیاز دارند. این امکان تولید بدون خطا{12}}در سرعت های صنعتی را فراهم می کند.
مراجع
- الزویر. (2020).شکل پذیری کاغذ در فرآیندهای طراحی و مهر زنی عمیق: تأثیر رطوبت، جهت گیری الیاف و پوشش. مجله فناوری پردازش مواد، 282، 117698.
- ASTM International. (2021).ASTM D646: روش تست استاندارد برای گرماژ کاغذ و مقوا. West Conshohocken، PA: ASTM.
- الزویر. (2021).تجزیه و تحلیل کرنش کششی موضعی در شکل گیری سینی کاغذ مربعی: توزیع تنش گوشه. مجله بین المللی علوم مکانیک، 193، 106171.
- EFFoST (فدراسیون علوم و صنایع غذایی اروپا). (2022).عملکرد ساختاری ظروف پخت کاغذی شکل: تجزیه و تحلیل سفتی مقایسه ای در قالب های هندسی. علوم و فناوری غذایی بین المللی، 28 (3)، 245-256.
- TAPPI (انجمن فنی صنعت خمیر و کاغذ). (2022).TAPPI T414: مقاومت پارگی داخلی کاغذ. Peachtree Corners، GA: TAPPI.
- FDA (سازمان غذا و داروی ایالات متحده). (2022).21 CFR قسمت 176: مواد افزودنی غیر مستقیم مواد غذایی - اجزای کاغذ و مقوا. سیلور اسپرینگ، MD: FDA.
- BfR (موسسه فدرال آلمان برای ارزیابی ریسک). (2021).توصیه BfR XXXVI: کاغذ و مقوا برای تماس با غذا. برلین: BfR.
- کمیسیون اروپا (2004).مقررات (EC) شماره 1935/2004: مقررات چارچوب در مورد مواد در تماس با غذا. بروکسل: EC.