Camineu per qualsevol passadís de forn de supermercat i trobareu fileres de folres de magdalenes, embolcalls de cupcakes i closques de pastís en formes rodones, quadrades, de cor, d'estrella i d'hexàgons. Cada forma té la seva funció (contenir pasta en procés de cocció per netejar i alliberar el producte acabat). I cadascun ofereix una estètica (una representació visualment atractiva dels productes de forn). Però produir aquestes formes variades a un ritme industrial requereix equips d'emmotllament especialitzats. Les màquines d'emmotllament de safates de pastissos automatitzades són sistemes que converteixen palanxes planes, pretallades o enrotllades en recipients de cocció 3D. La seva arquitectura d'eines determina la gamma de formes que pot produir. Això ve determinat per la seva capacitat per processar materials. Això ve determinat per com es forma.
Com funciona el procés de conformació
Abans de parlar de formes específiques, cal entendre el mecanisme fonamental de formació. El procés de treball AnMàquina automàtica de formació de safates de pastissos de papercombina calor, pressió i conformació mecànica. Els ingredients solen ser paper resistent al greix, pergamí o paper recobert amb fines capes de silicona o polímers fluorats. I s'introdueix a la màquina ja sigui com una palangana pretallada o com una xarxa contínua que es talla a mida dins de la màquina.
El blanc de tall es disposa sobre el motlle mare (el motlle mare és una cavitat dins de la safata requerida). Està fet d'un motlle masculí (una safata amb forma de punxó a l'exterior). Quan el punxó entra a la cavitat del motlle, la palangana s'ha d'ajustar a la geometria del motlle. Com a resultat, crea les parets laterals estriades, els fons plans i les vores arrissades que inclouen una tassa de paper. Les temperatures solen oscil·lar entre els 180 i els 220ºC. Activa el recobriment o engomat sobre el paper. Com a resultat, crea plecs nítids i permanents que mantenen la forma de la safata després d'alliberar la pressió.
L'estudi, publicat al Journal of Materials Processing Technology, demostra que la conformabilitat del paper durant l'embotit i l'estampació profunda depèn del seu contingut d'humitat, l'orientació de la fibra i el tipus de recobriment. El rendiment òptim de conformació es pot obtenir quan el contingut d'humitat està entre el 5% i el 7%. La fibra és perpendicular a la direcció de tracció principal (Elsevier, 2020).
Safates rodones: l'estàndard de la indústria
Els gots rodons de paper són el format de cocció més produït al món. Són els formats més consumits del món. La forma cilíndrica o lleugerament cònica és la forma predeterminada per a magdalenes, cupcakes i pastissos. Perquè durant la cocció, la massa es distribueix uniformement. Fins i tot permet que la calor circuli pel producte. Allibera productes de forn amb una resistència mínima.
Una màquina automàtica de formació de safates de pastissos de paper produeix safates circulars enviant palanxes circulars a una estació de conformació rotativa o d'indexació equipada amb un mòdul circular. El diàmetre sol oscil·lar entre cupcakes de 30 mm i tasses de magdalenes de 95 mm. El patró plisat crea la característica paret lateral estriada. Es produeix per la diferència geomètrica entre el diàmetre de la palanca i el diàmetre del diàmetre de la tassa acabada. Una tassa de magdalena estàndard pot utilitzar un espai de 95 mm per formar una base acabada de 65 mil·límetres. Per tant, crea de 8 a 12 plecs que es distribueixen uniformement al voltant de la circumferència.
L'avantatge tècnic de la forma circular és la simetria estructural. El procés de formació significa que el procés té una distribució uniforme de la tensió i un bon gruix de paret i repetibilitat. La profunditat dels plecs és altament repetible. I la consistència de les llandes és altament repetible. Aquests són factors de qualitat clau per a les fleques comercials, que requereixen que les línies d'ompliment i envasat automàtics tinguin la mateixa mida. ASTM D646 Mètode de prova estàndard per mesurar el pes (pes base) del paper de forn. L'aplicació de la tassa circular és generalment entre 35-80 g/m2 (ASTM International, 2021).
Safates quadrades i rectangulars: precisió a les cantonades
Les safates de forn de paper quadrades i rectangulars s'utilitzen per fer brownies, pastissos de lloses i postres individuals. Són un repte de formació fonamentalment diferent. La safata circular distribueix l'estrès de formació uniformement al voltant dels 360 graus. Però els palets quadrats concentren l'estrès a les quatre cantonades. El paper s'ha de dibuixar amb angles aguts en aquestes cantonades. No s'ha de tirar cap a una corba suau.
La matriu d'emmotllament de la safata quadrada incorpora una funció de relleu angular. Aquests són petits radis a les cantonades interiors. Normalment 2-5 mm. També evita que el paper es trenqui durant l'estirada del paper. Fins i tot amb aquest relleu, el paper de la cantonada experimenta una tensió significativament més gran que el paper de les parets laterals planes. Un estudi publicat a l'International Journal of Mechanical Sciences va trobar que la tensió local a les cantonades de la safata de paper quadrada pot ser de 3,5 a 4,2 vegades més gran que al centre d'una paret lateral. Per tant, la selecció del paper en aquests punts d'estrès i el rendiment del recobriment són factors que determinen la qualitat de la safata quadrada (Elsevier, 2021).
Una màquina automàtica de formació de safates de pastissos de paper està configurada per a la producció de safates quadrades mitjançant espais quadrats pretallats. No fa servir cercles. El blanc en blanc es col·loca per sobre del model mare quadrat. El puny masculí baixa simultàniament per formar les quatre parets laterals. El patró plisat és diferent de la tassa rodona. Les safates quadrades solen utilitzar plecs diagonals a cada cantonada. No utilitzen una disposició de plecs circumferencials. Per tant, això requereix una geometria de punxó diferent. Requereix un perfil de pressió de conformació diferent.
Les safates quadrades solen tenir una mida des de 50 × 50 mm fins a 120 × 120 mm. El format rectangular té una proporció de 2: 1, que és habitual en aplicacions de rodanxes. Els canvis de matriu a diferents mides quadrades o rectangulars de màquines solen requerir la substitució dels models masculins i femenins. A les màquines servoajustables modernes, això triga entre 15 i 30 minuts.
Safates en forma de cor: el repte de la formació
Els gots de forn en forma de cor són un format especial utilitzat per celebrar pastissos. Aquests inclouen el dia de Sant Valentí, casaments, aniversaris i exhibicions de postres decoratives. Són les safates de cupcakes amb forma mecànica estàndard més complexes que les màquines automàtiques d'emmotllament poden produir. Perquè la geometria del cor combina dos radis de corba diferents. Es combina amb les punxes de la part inferior. L'aspecte general també és asimètric.
La matriu de conformació de la safata en forma de cor ha de tenir en compte la distribució de tensions no uniforme geomètricament inherent. Els dos lòbuls superiors requereixen que el paper estigui dibuixat en corbes convexes. el vèrtex inferior crea un punt de concentració de tensió. En aquest punt, el paper s'estira fins a un radi proper a zero. El disseny de la matriu ha d'incorporar angles de dibuix a escala. Ha de contenir un flux controlat de materials. Això evita el vèrtex. Manté una definició nítida dels plecs al llarg de la paret lateral corba.
Les safates en forma de cor solen produir mides que van des dels 45 mm (mini cupcake) fins als 90 mm (pastissos estàndard) de diàmetre equivalent. Els volants són irregulars. La seva fulla superior plisada més densa. Els volants rectes també són més escassos. Té un plec agut a la part inferior. Aquesta irregularitat significa que és poc probable que la pressió de formació circumdant sigui uniforme. Per tant, la màquina ha d'aplicar una pressió diferencial a la superfície de la matriu. Aquesta capacitat requereix sistemes de premsat pneumàtics o servocontrolats multizona.
La Federació Europea de Ciència i Tecnologia dels Aliments (EFFOST) ha publicat un estudi sobre les propietats estructurals de la formació d'envasos de paper per coure. També es va assenyalar que la safata en forma de cor presentava aproximadament un 20 per cent més de rigidesa lateral que la safata circular més gran. Això es deu a la distribució desigual dels plecs i a una disminució del nombre total de plecs. Com a resultat, les safates en forma de cor requereixen uns grams de paper lleugerament més elevats. Això sol ser 5-10 g/m2 per sobre de l'especificació rodona equivalent. El seu rendiment estructural va assolir nivells comparables (EFFoST, 2022).
Altres formes especials: estrelles, hexàgons i formats personalitzats
A més d'aquests tres formats bàsics, les modernes màquines d'emmotllament poden produir una sèrie de formes geomètricament definides.
Safates d'estrelles
El discurs principal va ser en forma d'estrella. Aquests inclouen pastisseria de vacances, articles per a festes infantils i envasos decoratius de postres. Cinc o sis punts de l'estrella creen una concentració extrema d'estrès a cada vèrtex. Per tant, requereixen que la matriu estigui dissenyada amb un radi d'estirament elaborat. I requereixen substrats de paper amb alta resistència a l'esquinçament de secció transversal. TAPPI T414 defineix el mètode de prova per a la resistència al trencament del paper. Aquest és el paràmetre de massa principal per avaluar la idoneïtat dels substrats per a la formació en format estrella (TAPPI, 2022).
Safates hexagonals i octogonals
Les formes de múltiples cares ofereixen un compromís entre l'eficiència de l'estructura de la copa circular i l'optimització de l'espai del contenidor quadrat. S'utilitzen habitualment en productes de forn comercials i s'han d'incrustar de manera eficaç a les taules de forn estàndard. El procés de formar una safata de múltiples cares és mecànicament més senzill que el procés de formar una safata en forma de cor o estrella. Perquè l'estrès no es distribueix uniformement. Però és més fàcil de predir i gestionar que en els vèrtexs aguts.
Formes personalitzades
Alguns fabricants ofereixen motlles fets a mida amb formes irregulars. Aquests inclouen flors, animals i patrons estacionals. Són decoratives, no funcionals. Aquestes formes solen requerir un desenvolupament d'eines dedicades. Produeixen menys. Per tant, només s'apliquen a les línies de productes premium o de temporada.
Normes de seguretat en contacte amb els aliments per a safates de paper de forn
Independentment de la forma, totes les safates de paper han de complir les normes de seguretat per a l'exposició als aliments. Als Estats Units, la FDA regula el paper i el cartró en contacte amb els aliments en virtut de la secció 176, capítol 21, de les Regulacions Federals d'Aliments (additius alimentaris indirectes: components de paper i cartró). El reglament també especifica les substàncies que estan permeses en el procés de fabricació de paper. Això inclou adhesius, recobriments i tractaments amb polímers. L'ús de substàncies perfluoroalquil (PFAS) per als tractaments Greaseproof ha estat objecte d'un escrutini regulatori creixent. Diversos altres estats tenen restriccions sobre PFAS als documents d'exposició als aliments (FDA, 2022).
A Europa, el Reglament (CE) núm.. 1935/2004 estableix un marc per als materials d'exposició als aliments. També requereix que el paper i el cartró no transfereixin grans quantitats d'ingredients que puguin ser nocius per a la salut humana quan entren en contacte amb els aliments. No ha de provocar canvis inacceptables en la composició dels aliments. La recomanació XXXVI de l'Institut Federal Alemany d'Avaluació de Riscos (BfR) proporciona especificacions detallades per al paper i el cartró en contacte amb els aliments. També inclou restriccions específiques sobre el moviment de substàncies individuals (Col·lecció de Codi Federal, 2021).
Una màquina automàtica de formació de safates de paper no determina el compliment d'aquestes normes. Perquè la flexibilitat és una funció del substrat de paper i dels materials de recobriment. Però les màquines no poden introduir contaminants durant l'emmotllament. Això inclou la transferència de lubricant des de la superfície del motlle. A més, no crea condicions que puguin perjudicar les barreres d'accés als aliments en paper. Les màquines dissenyades per a la producció de qualitat alimentària utilitzen lubricants de qualitat alimentària a totes les superfícies de contacte. Utilitzen eines d'acer inoxidable o alumini anoditzat per combatre la corrosió i la contaminació.
Conclusió
La màquina automàtica d'emmotllament de safates de cupcakes pot produir una varietat de formes de safates. Aquests van des de tasses rodones estructuralment efectives fins al format de cor geomètricament complex. Això s'aconsegueix mitjançant la interacció de la geometria del motlle, la pressió de modelat, l'activació tèrmica i les propietats del material de paper. El format de ruleta segueix sent el referent de predictibilitat de la indústria. Continua sent la línia de base per al seu rendiment estructural. Els formats quadrats i rectangulars introdueixen el repte de la gestió de l'estrès angular. I tot això requereix un modelat acurat. Han de triar el substrat amb cura. Els cors i altres formats especials superen els límits de la formabilitat del paper. Per tant, requereixen un control de pressió multizona. Requereixen angles graduals. Això permet una producció sense errors a velocitats industrials.
Referències
- Elsevier. (2020).Formabilitat del paper en processos d'embotit i estampació profunda: efecte de la humitat, l'orientació de la fibra i el recobriment. Journal of Materials Processing Technology, 282, 117698.
- ASTM Internacional. (2021).ASTM D646: Mètode de prova estàndard per al gramatge de paper i cartró. West Conshohocken, PA: ASTM.
- Elsevier. (2021).Anàlisi de tensió de tracció localitzada en forma de safata de paper quadrada: distribució de la tensió a les cantonades. Revista Internacional de Ciències Mecàniques, 193, 106171.
- EFFoST (Federació Europea de Ciència i Tecnologia dels Aliments). (2022).Rendiment estructural dels envasos de paper amb forma: anàlisi comparativa de rigidesa en formats geomètrics. Food Science and Technology International, 28(3), 245–256.
- TAPPI (Associació Tècnica de la Indústria de la Celulosa i Paperera). (2022).TAPPI T414: Resistència interna a l'esquinçament del paper. Peachtree Corners, GA: TAPPI.
- FDA (Administració d'Aliments i Medicaments dels Estats Units). (2022).21 CFR Part 176: Additius alimentaris indirectes - Components de paper i cartró. Silver Spring, MD: FDA.
- BfR (Institut Federal Alemany d'Avaluació de Riscos). (2021).Recomanació XXXVI del BfR: Paper i cartró per al contacte amb aliments. Berlín: BfR.
- Comissió Europea. (2004).Reglament (CE) núm. 1935/2004: Reglament marc sobre materials en contacte amb aliments. Brussel·les: CE.