FR2817501A1 - An expanded product used for packaging and insulation is produced by extruding and heating crushed vegetable matter - Google Patents
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Abstract
Description
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La présente invention concerne un procédé et une installation de fabrication en continu d'un produit de calage expansé en matière biodégradable, comme par exemple un produit de calage destiné à l'emballage. The present invention relates to a process and an installation for the continuous manufacture of an expanded blocking product made of a biodegradable material, for example a cushioning product intended for packaging.
L'invention concerne également un produit de calage expansé en matière biodégradable obtenu par un tel procédé. The invention also relates to an expanded cushioning product made of a biodegradable material obtained by such a method.
Dans le domaine de l'emballage, de nombreux produits de calage sont utilisés par exemple pour maintenir et protéger des objets dans des caisses et ces produits se présentent sous la forme de rondelles ou chips en forme de S ou de huit ou sous la forme de petits cylindres. In the field of packaging, many cushioning products are used for example to hold and protect objects in crates and these products are in the form of washers or chips in the shape of S or eight or in the form of small cylinders.
Généralement, ce type de produits est réalisé en polystyrène expansé, c'est à dire en un matériau non biodégradable ce qui présente des in-
convénients majeurs pour l'environnement. Generally, this type of product is made of expanded polystyrene, that is to say of a non-biodegradable material which has
major disadvantages for the environment.
En effet, ces produits induisent une pollution visuelle non négli- geable puisque le polystyrène expansé n'est pas du tout assimilé par l'environnement et ce polystyrène expansé est issu de la pétrochimie donc d'une énergie non renouvelable. Indeed, these products induce a significant visual pollution since expanded polystyrene is not at all assimilated by the environment and this expanded polystyrene is derived from petrochemistry and therefore non-renewable energy.
Pour éviter ces inconvénients, on connaît des procédés de fabrication de produits de calage biodégradables obtenus à partir de végétaux. To avoid these disadvantages, there are known methods for manufacturing biodegradable setting products obtained from plants.
Le brevet US-A-5 153 037 décrit un produit expansé biodégradable élaboré à partir d'une farine modifiée contenant au moins 40% en poids d'amylose et au moins 2% en poids d'un sel inorganique soluble dans l'eau. Cette farine est modifiée par l'ajout de 10% d'oxyde de propylène et de 2% d'un sel métallique. Le mélange est extrudé à une température comprise entre 150 et 250oC et présente un taux de 21% d'humidité totale. US-A-5 153 037 discloses a biodegradable foamed product made from a modified flour containing at least 40% by weight of amylose and at least 2% by weight of a water-soluble inorganic salt. This flour is modified by the addition of 10% propylene oxide and 2% of a metal salt. The mixture is extruded at a temperature between 150 and 250oC and has a rate of 21% total moisture.
Les farines utilisées dans ce procédé nécessitent une transformation par exemple par estérification, éthérification, oxydation ou hydrolyse acide et, en plus, l'incorporation de sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux. The flours used in this process require transformation, for example by esterification, etherification, oxidation or acid hydrolysis and, in addition, the incorporation of alkali or alkaline earth metal salts.
On connaît également dans le brevet EP-A-0436 689 un procédé d'élaboration d'un matériau expansé biodégradable obtenu à partir du mélange entre un polymère de synthèse et un matériau comprenant de l'amidon. Ce mélange s'effectue dans des proportions variant de 1/9 à 9/1 et il est également rajouté un agent expansant comme par exemple un bicarbonate de sodium et un Also known in EP-A-0436 689 a process for producing a biodegradable foamed material obtained from the mixture between a synthetic polymer and a material comprising starch. This mixture is carried out in proportions varying from 1/9 to 9/1 and it is also added an expanding agent such as for example sodium bicarbonate and
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plastifiant, respectivement dans les proportions de 8 à 30%. Le produit obtenu présente une structure à pores fermés et une masse volumique comprise entre 0,1 et 0, 3g/cm3.
plasticizer, respectively in the proportions of 8 to 30%. The product obtained has a closed pore structure and a density of between 0.1 and 0.3 g / cm 3.
On connaît aussi dans le brevet US-A-5 208 267 un procédé d'élaboration d'un matériau expansé biodégradable à base d'amidon. L'amidon est extrudé en présence de polyéthylène glycol et d'un agent de nucléation comme la silice dont le rôle est de favoriser l'apparition des pores d'amidon qui vont se créer autour des grains de silice, facilitant ainsi l'expansion. Also known in US-A-5 208 267 a process for producing a biodegradable expanded material based on starch. The starch is extruded in the presence of polyethylene glycol and a nucleating agent such as silica, the role of which is to promote the appearance of starch pores which will be created around the silica grains, thus facilitating expansion.
Ces différents procédés nécessitent donc l'ajout d'éléments au produit de base, comme par exemple des agents d'expansion et des sels de métaux pour modifier la farine. These different processes therefore require the addition of elements to the basic product, such as, for example, blowing agents and metal salts to modify the flour.
L'invention a pour but de proposer un procédé et une installation de fabrication en continu d'un produit de calage expansé en matière biodégradable qui évite ces inconvénients. The object of the invention is to propose a method and an installation for the continuous manufacture of an expanded cushioning product made of a biodegradable material which avoids these disadvantages.
L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication en continu d'un produit de calage expansé en matière biodégradable, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de cuisson-extrusion d'une matière végétale comprenant de l'amidon. The subject of the invention is therefore a process for the continuous manufacture of an expanded cushioning product made of a biodegradable material, characterized in that it comprises a step of cooking-extruding a plant material comprising starch.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - on réalise l'étape de cuisson-extrusion dans une machine mo-
no-vis entraînée en rotation à l'intérieur d'un fourreau de forme allongée, - on réalise l'étape de cuisson-extrusion dans une machine à deux vis co-rotatives et co-pénétrantes, entraînées en rotation autour d'axes parallèles à l'intérieur d'un fourreau de forme allongée, - la machine de cuisson-extrusion comporte en continu de l'amont à l'aval dans le sens de transfert, respectivement : . une phase d'alimentation et de transfert de la matière végétale avec chauffage de ladite matière à une température de l'ordre de 500C, . une phase de transfert et de compression de la matière végétale avec chauffage de ladite matière à une température de l'ordre de 1200C, . une phase de cisaillement de la matière végétale, According to other characteristics of the invention: the cooking-extrusion step is carried out in a modern machine;
no-screw driven in rotation inside an elongated sheath, - the extrusion-cooking step is carried out in a machine with two co-rotating and co-penetrating screws, driven in rotation about parallel axes inside an elongated sheath, the extrusion cooking machine comprises continuously from upstream to downstream in the direction of transfer, respectively: a feed and transfer phase of the plant material with heating of said material at a temperature of about 500C,. a phase of transfer and compression of the plant material with heating of said material at a temperature of the order of 1200C, a phase of shearing of the vegetable matter,
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. une phase de transfert de la matière végétale avec chauffage de cette matière au cours de ladite phase de cisaillement et de ladite phase de transfert à une température de l'ordre 1400C, . une phase de malaxage de la matière végétale avec chauffage de ladite matière à une température de l'ordre de 1800C, pour obtenir le produit, et, . une phase d'extrusion et d'expansion de ce produit.
. a transfer phase of the plant material with heating of this material during said shearing phase and said transfer phase at a temperature of the order 1400C,. a step of mixing the plant material with heating said material to a temperature of about 1800C, to obtain the product, and,. an extrusion and expansion phase of this product.
- la matière végétale est une matière céréalière. - vegetable matter is a cereal material.
L'invention a également pour objet une installation de fabrication en continu d'un produit de calage expansé en matière biodégradable, caractérisée en ce qu'elle comprend une machine de cuisson-extrusion d'une matière végétale comprenant de l'amidon. The subject of the invention is also an installation for the continuous manufacture of an expanded blocking product made of a biodegradable material, characterized in that it comprises a machine for cooking-extruding a plant material comprising starch.
Selon une caractéristique de l'invention, la machine de cuissonextrusion est formée d'une vis entraînée en rotation à l'intérieur d'un fourreau de forme allongée. According to a characteristic of the invention, the cuissonextrusion machine is formed of a screw driven in rotation inside an elongated sheath.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la machine de cuisson-extrusion est formée de deux vis co-rotatives et co-pénétrantes, entraînées en rotation autour d'axes parallèles à l'intérieur d'un fourreau de forme allongée. According to another characteristic of the invention, the cooking-extrusion machine is formed of two co-rotating and co-penetrating screws, driven in rotation about parallel axes inside an elongated sheath.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la ou les deux vis de la machine de cuisson-extrusion déterminent de l'amont à l'aval dans le sens de transfert, respectivement. According to yet another characteristic of the invention, the one or two screws of the cooking-extrusion machine determine from upstream to downstream in the direction of transfer, respectively.
- une zone d'alimentation et de transfert de la matière végétale et munie de moyens de chauffage de ladite matière à une température de l'ordre de 50 C, - une zone de transfert et de compression de la matière végétale et munie de moyens de chauffage de ladite matière à une température de l'ordre de 1200C, - une zone de cisaillement de la matière végétale, - une zone de transfert de la matière végétale, ladite zone de ci- saillement et ladite zone de transfert étant munies de moyens de chauffage de ladite matière à une température de l'ordre de 1400C, a zone for feeding and transferring plant matter and provided with means for heating said material at a temperature of the order of 50 ° C., a zone for transferring and compressing the plant material and provided with means for heating said material at a temperature of the order of 1200 ° C, a shear zone of the plant material, a transfer zone of the plant material, said shear zone and said transfer zone being provided with means for heating said material to a temperature of the order of 1400C,
<Desc/Clms Page number 4> <Desc / Clms Page number 4>
- une zone de malaxage de la matière végétale et munie de moyens de chauffage de ladite matière à une température de l'ordre de 185OC pour obtenir le produit, et - une zone d'extrusion et d'expansion de ce produit.
- A mixing zone of the plant material and provided with heating means of said material at a temperature of the order of 185OC to obtain the product, and - a zone of extrusion and expansion of this product.
L'invention a aussi pour objet un produit expansé de calage en matière biodégradable obtenu par un tel procédé. The subject of the invention is also an expanded cushioning product of biodegradable material obtained by such a method.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig. 1 est une vue schématique d'une installation de fabrication en continu d'un produit de calage expansé en matière biodégradable, conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue en coupe transversale d'une machine de cuisson-extrusion de l'installation de fabrication conforme à l'invention, - la Fig. 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la Fig. 2, - la Fig. 4 représente des courbes montrant la relation entre la vitesse de rotation des vis et la masse volumique apparente du produit obtenu, - la Fig. 5 représente une vue d'un produit de calage en forme de S. Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description given by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic view of an installation for the continuous manufacture of an expanded blocking product made of a biodegradable material, according to the invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of a cooking-extruding machine of the manufacturing facility according to the invention; FIG. 3 is a sectional view along the line 3-3 of FIG. 2, - FIG. Fig. 4 shows curves showing the relationship between the rotational speed of the screws and the apparent density of the product obtained; 5 is a view of an S-shaped wedging product.
L'installation représentée schématiquement sur les figures est destinée à la fabrication en continu d'un produit de calage expansé en matière biodégradable, utilisé notamment pour le maintien et la protection d'objets dans des caisses. The installation shown diagrammatically in the figures is intended for the continuous manufacture of an expanded wedging product of biodegradable material, used in particular for the maintenance and protection of objects in crates.
D'une manière générale, ce type de produits se présente sous la forme de rondelles ou de chips en forme de S (voir Fig. 5) ou de huit ou sous la forme de petits cylindres. In general, this type of product is in the form of washers or chips in the shape of S (see Fig. 5) or eight or in the form of small cylinders.
Le procédé de fabrication en continu de ce produit de calage expansé en matière biodégradable comprend une étape de cuisson-extrusion d'une matière végétale comprenant de l'amidon. The method of continuous manufacture of this expanded biodegradable material is a step of cooking-extruding a plant material comprising starch.
De préférence, la matière végétale est une matière céréalière issue de l'une ou de plusieurs des céréales suivantes : le blé, le maIs, le riz, le mil, le millet, le sarrasin, le seigle, l'avoine, l'épeautre ou l'orge. Preferably, the plant material is a cereal material derived from one or more of the following cereals: wheat, maize, rice, millet, millet, buckwheat, rye, oats, spelled or barley.
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La matière végétale utilisée pour l'obtention du produit de calage expansé de l'invention peut être une matière végétale non céréalière issue no- tamment de pomme de terre, du lupin, du manioc, de soja, de pois, de quinoa ou d'un mélange d'un ou de plusieurs de ces végétaux. The plant material used to produce the expanded cushioning product of the invention may be a non-cereal plant material, including potato, lupine, cassava, soybean, pea, quinoa or a mixture of one or more of these plants.
Dans la description qui suit, on utilisera comme matière végétale une matière céréalière à base de blé et/ou de maïs, une autre matière céréalière ou non céréalière pouvant être utilisée pour obtenir le produit de calage selon l'invention. In the description which follows, the plant material used will be a cereal material based on wheat and / or maize, another cereal or non-cereal material that may be used to obtain the wedging product according to the invention.
La matière céréalière est composée de 100% de céréales. Les céréales utilisées dans le procédé selon l'invention sont composées de 99% de farine ou de semoule de blé et 1% de farine ou de semoule de maïs ou 99% de farine ou de semoule de maïs et 1 % de farine ou de semoule de blé. The cereal material is 100% cereals. The cereals used in the process according to the invention are composed of 99% wheat flour or semolina and 1% flour or corn meal or 99% flour or corn meal and 1% flour or semolina. of wheat.
Il est à noter qu'on entend par produit expansé biodégradable à base de farine et/ou d'amidon, un produit dont la teneur en poids de matières premières végétales (farine et/ou amidon) est supérieure à 70%. It should be noted that the term "biodegradable expanded product based on flour and / or starch, a product whose content by weight of vegetable raw materials (flour and / or starch) is greater than 70%.
On entend par matière amylacée, la matière végétale sèche résultant de la transformation par procédé, de la farine et/ou de l'amidon. On réservera ce terme de matière amylacée, céréalière ou non, pour définir la composition du produit de calage expansé biodégradable de l'invention obtenu à l'issu du procédé de fabrication. Starchy material means the dry plant material resulting from the process transformation, flour and / or starch. This term starch material, cereal or non-cereal, will be reserved for defining the composition of the biodegradable foamed cushioning product of the invention obtained at the end of the manufacturing process.
La farine et la semoule de blé ou de mais diffèrent principalement par leur granulométrie, mais aussi par la nature de certains constituants et à titre
d'exemple, la farine ou la semoule de blé ou de maïs a la composition pondérale suivante : - osa20% d'eau - 0 à 85% de composés carbohydratés, - 0 à 30% de protéines, - 0 à 10% d'acides gras, - 0 à 5% de minéraux, - 0 à 20% de fibres. The flour and semolina of wheat or maize differ mainly in grain size, but also in the nature of certain constituents and
for example, the flour or semolina of wheat or corn has the following weight composition: - osa20% of water - 0 to 85% of carbohydrate compounds, - 0 to 30% of proteins, - 0 to 10% of fatty acids, 0 to 5% of minerals, 0 to 20% of fibers.
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Ainsi que représentée sur les figures 1 à 3, l'étape de cuissonextrusion de la matière céréalière composée de blé et/ou de maïs est réalisée dans une machine désignée dans son ensemble par la référence 1. As shown in FIGS. 1 to 3, the cuissonextrusion step of the cereal material composed of wheat and / or maize is carried out in a machine designated as a whole by reference numeral 1.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures la machine 1 de cuisson-extrusion est une machine à deux vis, cette machine peut également être constituée par une mono-vis entraînée en rotation à l'intérieur d'un faisceau de forme allongée. In the embodiment shown in the figures the machine 1 of cooking-extrusion is a machine with two screws, this machine can also be constituted by a single-screw driven in rotation inside an elongate beam.
La machine d'extrusion 1 est du type à deux vis co-rotatives et co-pénétrantes et comprend deux vis 11 et 12 entraînées en rotation autour de leurs axes par un moteur et un réducteur, non représentés, à l'intérieur d'une enceinte allongée formant un fourreau 13 qui les enveloppe. The extrusion machine 1 is of the type with two co-rotating and co-penetrating screws and comprises two screws 11 and 12 driven in rotation about their axes by a motor and a reducer, not shown, inside a elongate enclosure forming a sheath 13 which envelops them.
D'une manière générale, les vis 11 et 12 sont munies de filets hélicoïdaux qui engrènent les uns dans les autres et la paroi interne du fourreau 13 forme deux lobes cylindriques sécants, respectivement 11a et 12a, de diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur des filets des vis 11 et 12. In general, the screws 11 and 12 are provided with helical threads that mesh with each other and the inner wall of the sheath 13 forms two intersecting cylindrical lobes, respectively 11a and 12a, of inner diameter slightly greater than the outer diameter of the threads of the screws 11 and 12.
Ces filets sont imbriqués les uns dans les autres et les deux vis 11 et 12 sont entraînées a la meme vitesse de rotation et dans le même sens de telle sorte que les deux vis sont identiques, les filets étant simplement décalés les uns par rapport aux autres. These threads are nested one inside the other and the two screws 11 and 12 are driven at the same speed of rotation and in the same direction so that the two screws are identical, the threads being simply offset with respect to each other. .
Les vis 11 et 12 représentées à la Fig. 3 sont avantageusement constituées d'arbres cannelés, respectivement 14 et 15, sur lesquels sont empilés les tronçons de vis. The screws 11 and 12 shown in FIG. 3 are advantageously constituted by splined shafts, respectively 14 and 15, on which are stacked the screw sections.
L'alésage intérieur de ces tronçons de vis est muni de cannelures correspondant à celles de l'arbre et la partie extérieure est munie de filets hélicoïdaux dont le pas diffère selon le tronçon considéré pour le transfert et le traitement de la matière céréalière introduite à l'extrémité amont du fourreau 13 de la machine d'extrusion 10. The internal bore of these screw sections is provided with grooves corresponding to those of the shaft and the outer part is provided with helical threads whose pitch differs according to the section considered for the transfer and the treatment of the grain material introduced to the shaft. upstream end of the sleeve 13 of the extrusion machine 10.
On peut ainsi disposer d'un assez grand nombre de tronçons permettant de faire varier le pas, la profondeur, le nombre de filets et la longueur de chaque zone. There can thus be a large number of sections to vary the pitch, the depth, the number of nets and the length of each zone.
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Ainsi, la machine d'extrusion 1 comprend en continu, de l'amont à l'aval dans le sens de transfert de la matière, plusieurs zones de traitement. Thus, the extrusion machine 1 comprises continuously, from upstream to downstream in the direction of transfer of the material, a plurality of treatment zones.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, la machine 1 comprend : - une zone A d'alimentation et de transfert de la matière céréalière, - une zone B de transfert et de compression de la matière céréa- lière, - une zone C de cisaillement de la matière céréalière, - une zone D de transfert de la matière céréalière, - une zone E de malaxage de cette matière céréalière, et - une zone F d'extrusion et d'expansion du produit. In the embodiment shown in the figures, the machine 1 comprises: a zone A for feeding and transferring the cereal material, a zone B for transferring and compressing the cereal material, a zone Shearing zone of the cereal material, a zone D for transferring the cereal material, a mixing zone E for this cereal material, and a zone F for extruding and expanding the product.
Dans la zone A d'alimentation et de transfert, le fourreau 13 est percé, à son extrémité amont par rapport au sens d'écoulement de la matière, d'un orifice d'alimentation 16 relié à un système de dosage gravimétrique de la matière céréalière constitué par exemple par un doseur 2 à vis à vitesse variable. In the feed and transfer zone A, the sleeve 13 is pierced, at its upstream end with respect to the flow direction of the material, with a feed orifice 16 connected to a gravimetric material dosing system. grain constituted for example by a metering device 2 with variable speed screw.
Dans cette zone A, les vis 11 et 12 sont munies de filets 17 à pas larges afin d'assurer le transport de la matière céréalière introduite par l'orifice 16 et qui s'ouvre largement sur les deux vis 11 et 12 afin de répartir ladite matière dans ces filets. In this zone A, the screws 11 and 12 are provided with threads 17 with large steps to ensure the transport of the grain material introduced through the orifice 16 and which opens widely on the two screws 11 and 12 in order to distribute said material in these nets.
Dans cette zone A, le fourreau 13 de la machine 1 est équipé de moyens de chauffage 18 pour amener progressivement la matière céréalière de la température ambiante jusqu'à une température de l'ordre de 50 C, c'est à dire entre 25 C et 75OC. In this zone A, the sheath 13 of the machine 1 is equipped with heating means 18 to progressively bring the cereal material from room temperature to a temperature of the order of 50 ° C., that is to say between 25 ° C. and 75OC.
Ainsi, la matière céréalière constituée par de la farine ou de la semoule de blé et/ou de maïs est chauffée et transportée vers l'aval de la machine 1 c'est à dire vers la zone B de transfert et de compression. Thus, the cereal material constituted by flour or semolina wheat and / or corn is heated and transported downstream of the machine 1 that is to say to the zone B transfer and compression.
Dans cette zone B, les vis 11 et 12 comportent des filets 19 à pas resserré de façon à comprimer la matière céréalière. In this zone B, the screws 11 and 12 comprise threads 19 with a narrowed pitch so as to compress the cereal material.
Au cours de son transfert dans la zone B, la matière céréalière est progressivement portée à une température de l'ordre de 1200C, c'est à dire entre environ 100C et 1300C par des moyens de chauffage 20. During its transfer to zone B, the cereal material is progressively brought to a temperature of the order of 1200.degree. C., that is to say between about 100.degree. C. and 1300.degree. C. by means of heating 20.
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La matière céréalière passe ensuite dans la zone C de cisaillement. The cereal material then passes into the shear zone C.
Dans cette zone C, les vis 11 et 12 sont constituées de disques malaxeurs 21 bi-lobes, comme représentés à la Fig. 3. Ces disques malaxeurs 21 permettent un passage contrôlé vers l'aval de la matière céréalière avec un effet de malaxage et de cisaillement d'une part entre les disques 21 et d'autre part entre les disques et la paroi interne du fourreau 13. In this zone C, the screws 11 and 12 consist of two-lobed mixing disks 21, as shown in FIG. 3. These kneading discs 21 allow controlled passage downstream of the cereal material with a kneading and shearing effect on the one hand between the discs 21 and on the other hand between the discs and the inner wall of the sheath 13.
Ensuite, la matière céréalière ainsi cisaillée est transférée dans la zone D de transfert dans laquelle les vis 11 et 12 sont munies de filets 22 à pas larges. Then, the grain material thus sheared is transferred to the transfer zone D in which the screws 11 and 12 are provided with threads 22 with wide steps.
Au cours du transfert de la matière céréalière dans les zones C et D, cette matière est progressivement portée à une température de l'ordre de 140 C, c'est à dire entre 120 C et 1500C par des moyens de chauffage 23. During the transfer of the cereal material in the zones C and D, this material is progressively brought to a temperature of the order of 140 C, that is to say between 120 C and 1500 C by heating means 23.
Dans la zone E, les vis 11 et 12 sont munies de contre-filets 24, c'est à dire de filets à pas inversé, qui comportent des ouvertures 25 s'étendant radialement depuis l'axe de la vis jusqu'à la périphérie du filet et régulièrement répartis autour de l'axe. In the zone E, the screws 11 and 12 are provided with counter-threads 24, that is to say threads with inverted pitch, which comprise openings extending radially from the axis of the screw to the periphery. net and regularly distributed around the axis.
De la sorte, le débit de la matière céréalière qui passe dans la zone E est contrôlé ce qui détermine un freinage au niveau de cette zone et, de ce fait, une compression dans la partie amont de la machine de cuissonextrusion. Il en résulte un effet de malaxage intense de la matière
Dans cette zone E, la matière est portée progressivement à une température de l'ordre de 180 C, c'est à dire entre 1600C et 190 C à l'aide de moyens de chauffage 26. In this way, the flow rate of the cereal material passing through the zone E is controlled, which determines a braking at this zone and, consequently, a compression in the upstream part of the cuissonextrusion machine. This results in an intense mixing effect of the material
In this zone E, the material is brought gradually to a temperature of the order of 180 C, that is to say between 1600C and 190 C by means of heating means 26.
Les moyens de chauffage 18,20, 23 et 26 sont constitués par exemple par des résistances électriques disposées autour du fourreau 13 ou par des circuits de circulation d'un fluide caloporteur, ménagés dans le fourreau 13 pour chauffer progressivement la matière céréalière de la température ambiante à l'entrée de la machine 1 de cuisson-extrusion jusqu'à une température de l'ordre de 180 C à la sortie de ladite machine 1. La température d'extrusion peut être comprise entre 1600C et 250 C. The heating means 18,20, 23 and 26 are constituted for example by electrical resistances arranged around the sheath 13 or by circulation circuits of a heat transfer fluid, formed in the sleeve 13 to gradually heat the grain material temperature at the inlet of the extrusion cooking machine 1 to a temperature of about 180 C at the outlet of said machine 1. The extrusion temperature may be between 1600C and 250 C.
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Ainsi, la machine 1 de cuisson-extrusion permet d'effectuer, grâce à la composition des tronçons des vis 11 et 12 et aux moyens de chauf- fage, différentes opérations, comme par exemple un transfert, un malaxage, une plastification, un cisaillement, une mise en pression de la matière céréalière par la combinaison d'éléments adaptables en fonction du travail mécanique à faire subir à ladite matière. Thus, the cooking-extrusion machine 1 makes it possible, by virtue of the composition of the sections of the screws 11 and 12 and the heating means, to carry out various operations, such as, for example, transfer, kneading, plasticizing and shearing. pressurizing the cereal material by the combination of adaptable elements according to the mechanical work to be subjected to said material.
A titre d'exemple, la vitesse de rotation des vis 11 et 12 est comprise entre 10 et 1200 tr/min et de préférence entre 600 et 1200 tr/min. By way of example, the speed of rotation of the screws 11 and 12 is between 10 and 1200 rpm and preferably between 600 and 1200 rpm.
Selon une variante, le fourreau 13 de la machine 1 de cuissonextrusion est muni dans la zone A d'alimentation et de transfert d'au moins un orifice 27 d'introduction d'eau et/ou d'additifs. According to a variant, the sheath 13 of the cuissonextrusion machine 1 is provided in the feed and transfer zone A with at least one orifice 27 for introducing water and / or additives.
Cette eau et ces additifs sont introduits à l'intérieur du fourreau 13 par exemple par des pompes doseuses 27a à piston ou à membrane. This water and these additives are introduced inside the sheath 13 for example by metering pumps 27a piston or membrane.
Le pourcentage d'additifs est compris entre 0 et 30% en poids et de préférence entre 0 et 5% et sont choisis entres autres parmi les éléments suivants : des plastifiants notamment du glycérol, des huiles, des tensio-actifs, des pigments naturels, des colorants, des bactéricides, des produits répulsifs contre les animaux, une base ou un acide et également parmi deux ou plusieurs de ces éléments. The percentage of additives is between 0 and 30% by weight and preferably between 0 and 5% and are chosen among others from among the following elements: plasticizers, in particular glycerol, oils, surfactants, natural pigments, dyes, bactericides, animal repellents, a base or an acid and also from two or more thereof.
La zone F d'extrusion et d'expansion du produit est constituée par une filière 30 comportant un ou plusieurs canaux de sortie 31 et 32 en fonction du débit et dont la forme et les dimensions sont déterminées en fonction de la forme finale souhaitée pour le produit
A la sortie de la filière 30 sont disposés des moyens 35 de coupe du produit formés par exemple par un couteau granulateur permettant grâce à une vitesse variable et un nombre de lames de coupe adapté de donner aux produits les dimensions souhaitées. Zone F of extrusion and expansion of the product is constituted by a die 30 having one or more outlet channels 31 and 32 as a function of flow and whose shape and dimensions are determined according to the desired final shape for the product
At the outlet of the die 30 are provided 35 means for cutting the product formed for example by a granulator knife allowing through a variable speed and a number of cutting blades adapted to give the products the desired dimensions.
La pression sur la matière lors de l'extrusion du produit est com- prise entre 10 et 300 bars et de préférence entre 50 et 150 bars et le taux d'expansion volumique du produit est compris entre 1 et 30 et de préférence entre 10 et 20. The pressure on the material during the extrusion of the product is between 10 and 300 bar and preferably between 50 and 150 bar and the volume expansion ratio of the product is between 1 and 30 and preferably between 10 and 30 bar. 20.
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Lors de l'extrusion du produit, la vapeur contenue dans ce produit provoque un flash ce qui permet d'obtenir un produit expansé
Lors de la fabrication en continu du produit, l'énergie mécanique spécifique qui est fournie à ce produit par l'extrudeuse, a une valeur comprise entre 100 et 300 kWh/T et de préférence comprise entre 150 et 200 kWh/T. During the extrusion of the product, the vapor contained in this product causes a flash which makes it possible to obtain an expanded product
During the continuous manufacture of the product, the specific mechanical energy that is supplied to this product by the extruder has a value between 100 and 300 kWh / T and preferably between 150 and 200 kWh / T.
Après la coupe, le produit véhiculé par exemple par un transporteur pneumatique et un dispositif adapté permet de récupérer la vapeur issue du flash lors de l'extrusion, afin que le produit puisse être stocké et se rééquilibrer en humidité. After cutting, the product conveyed for example by a pneumatic conveyor and a suitable device can recover the steam from the flash during extrusion, so that the product can be stored and rebalance moisture.
L'injection complémentaire d'eau dans la machine 1 de cuisson extrusion permet d'ajuster le taux d'humidité du produit à l'intérieur de cette machine de telle façon qu'en jouant sur ce taux d'humidité et la vitesse de rotation des vis 11 et 12 et la granulométrie de la matière céréalière, on obtienne pour un débit donné, un produit avec une texture et une masse volumique recherchées. The complementary injection of water in the extrusion cooking machine 1 makes it possible to adjust the moisture content of the product inside the machine so that by varying this humidity and the speed of rotation screws 11 and 12 and the particle size of the cereal material, one obtains for a given flow, a product with a desired texture and density.
Ainsi, plus la vitesse des vis 11 et 12 est élevée et plus le taux d'humidité est faible, plus la masse volumique du produit est faible. Ceci est directement lié au taux d'expansion du produit qui est fonction de la forme de la filière choisie. Thus, the higher the speed of the screws 11 and 12 and the lower the humidity, the lower the density of the product. This is directly related to the rate of expansion of the product which is a function of the shape of the chosen die.
A titre d'exemple, plusieurs matières céréalières présentant des caractéristiques différentes, comme mentionnées dans le tableau ci-dessous, ont été utilisées dans une installation conforme à l'invention.
<tb>
<tb> <Tb>
<Tb>
Farine <SEP> de <SEP> maïs <SEP> Farine <SEP> de <SEP> maïs <SEP> Semoule <SEP> de <SEP> Semoule <SEP> de
<tb> type <SEP> A <SEP> type <SEP> B <SEP> maïs <SEP> type <SEP> C <SEP> maïs <SEP> type <SEP> D
<tb> Taille
<tb> moyenne <SEP> (pLm) <SEP> 187 <SEP> 500 <SEP> 636 <SEP> 1005
<tb> Humidité <SEP> (%) <SEP> 14. <SEP> 271478129414. <SEP> 08
<tb> Amidon <SEP> (%) <SEP> 76. <SEP> 08 <SEP> 75. <SEP> 46 <SEP> 76. <SEP> 57 <SEP> 74. <SEP> 57
<tb> Matières <SEP> grasses <SEP> 1.70 <SEP> 0.73 <SEP> 0.83 <SEP> 1.00
<tb> Protéines <SEP> (%) <SEP> 7. <SEP> 45 <SEP> 873 <SEP> 9. <SEP> 30 <SEP> 9. <SEP> 93
<tb> Taux <SEP> de
<tb> cendres <SEP> (%) <SEP> 0.50 <SEP> 0.30 <SEP> 0.36 <SEP> 0.42
<tb> Flour <SEP> of <SEP> corn <SEP> Flour <SEP> of <SEP> corn <SEP> Semolina <SEP> of <SEP> Semolina <SEP> of
<tb> type <SEP> A <SEP> type <SEP> B <SEP> corn <SEP> type <SEP> C <SEP> corn <SEP> type <SEP> D
<tb> Size
<tb> average <SEP> (pLm) <SEP> 187 <SEP> 500 <SE> 636 <SEP> 1005
<tb> Moisture <SEP> (%) <SEP> 14. <SEP> 271478129414. <SEP> 08
<tb> Starch <SEP> (%) <SEP> 76. <SEP> 08 <SEP> 75. <SEP> 46 <SEP> 76. <SEP> 57 <SEP> 74. <SEP> 57
<tb> Materials <SEP> fat <SEP> 1.70 <SEP> 0.73 <SEP> 0.83 <SEP> 1.00
<tb> Proteins <SEP> (%) <SEP> 7. <SEP> 45 <SEP> 873 <SEP> 9. <SEP> 30 <SEP> 9. <SEP> 93
<tb> Rate <SEP> of
<tb> ash <SEP> (%) <SEP> 0.50 <SEP> 0.30 <SEP> 0.36 <SEP> 0.42
<Tb>
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En ce qui concerne l'amidon, il peut être issu de matières végétales céréalières ou de matières végétales non céréalières.
As regards starch, it may be derived from cereal plant material or from non-cereal plant material.
Elément important d'une farine, l'amidon est constitué d'un mélange de deux polymères du glucose : l'amylose et l'amylopectine. Le ratio entre ces deux molécules est différent selon leur origine végétale, notamment selon les céréales et les variétés comme le montre le tableau ci-dessous pour le blé et le maïs natifs de deux types de variété de maïs.
<tb>
<tb> <Tb>
<Tb>
Blé <SEP> natif <SEP> Maïs <SEP> natif <SEP> Maïs <SEP> type <SEP> Waxy <SEP> Maïs <SEP> type <SEP> High <SEP> amylose
<tb> % <SEP> d'amylose <SEP> 25 <SEP> 27 <SEP> 0 <SEP> 55 <SEP> à <SEP> 75
<tb> % <SEP> d'amylopectine <SEP> 75 <SEP> 73 <SEP> 100 <SEP> 25 <SEP> à <SEP> 45
<tb> Wheat <SEP> native <SEP> Corn <SEP> native <SEP> Corn <SEP> type <SEP> Waxy <SEP> Corn <SEP> type <SEP> High <SEP> amylose
<tb>% <SEP> amylose <SEP> 25 <SEP> 27 <SEP> 0 <SEP> 55 <SEP> to <SEP> 75
<tb>% <SEP> of amylopectin <SEP> 75 <SEP> 73 <SEP> 100 <SEP> 25 <SEP> to <SEP> 45
<Tb>
Il convient de noter que le ratio amylose/amylopectine peut être modifié par des transformations génétiques à partir des souches naturelles. It should be noted that the amylose / amylopectin ratio can be modified by genetic transformations from natural strains.
Des essais ont montré que la masse volumique du produit obtenu diminue premièrement quand la vitesse des vis augmente et deuxièmement quand la granulométrie de la matière céréalière diminue. Les courbes représentées à la Fig. 4 montrent bien l'influence sur la densité apparente finale du produit biodégradable non seulement de la vitesse des vis, mais aussi les propriétés physico-chimiques de la matière céréalière. Tests have shown that the density of the product obtained decreases firstly when the speed of the screws increases and secondly when the particle size of the cereal material decreases. The curves shown in FIG. 4 clearly show the influence on the final apparent density of the biodegradable product not only of the speed of the screws, but also the physicochemical properties of the cereal material.
Afin de fabriquer un produit de calage expansé léger, on utilise donc de préférence une farine de granulométrie moyenne inférieure à 550 m. In order to manufacture a light expanded cushioning product, a flour having a mean particle size of less than 550 m is therefore preferably used.
Cette farine est traitée de préférence à des vitesses des vis supérieures à 900 tr/min. This flour is preferably treated at screw speeds above 900 rpm.
Le produit expansé biodégradable de l'invention est donc consti-
tué - d'une matière amylacée à base d'une matière végétale, - d'eau et - éventuellement d'un ou de plusieurs additif (s) sans propriété expansante. The biodegradable expanded product of the invention is therefore
killed - a starchy material based on a plant material, - water and - optionally one or more additive (s) without expansive property.
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La teneur en poids de matière amylacée du produit de calage expansé biodégradable de l'invention peut varier d'environ 70% à environ 95%. The starch content by weight of the biodegradable expanded chock product of the invention may vary from about 70% to about 95%.
Avantageusement, elle est comprise enter environ 85% et environ 94%, et plus particulièrement entre environ 88% et environ 93%. Advantageously, it ranges from about 85% to about 94%, and more preferably from about 88% to about 93%.
Le produit de calage expansé obtenu par le procédé selon l'invention présente une masse volumique supérieure ou égale à 2g/1 et de préférence compris entre 9 et 15g/1 et un taux d'humidité compris entre 0 et 30% et de préférence entre 6 et 12%. The expanded blocking product obtained by the process according to the invention has a density greater than or equal to 2 g / l and preferably between 9 and 15 g / l and a moisture content of between 0 and 30% and preferably between 6 and 12%.
Enfin, ce produit de calage expansé présente une résilience supérieure à 50% et de préférence de l'ordre de 85%. Finally, this expanded cushioning product has a resilience greater than 50% and preferably of the order of 85%.
A titre d'exemple, le produit de calage expansé de forme cylindrique obtenu par le procédé selon l'invention possède les caractéristiques suivantes : - taux d'humidité : 8, 53% - résilience 50% : 85% - masse volumique : 13,3 g/1 avec une énergie mécanique spécifique de l'extrudeuse de 177
kVvh/T et le produit expansé en forme de S possède les caractéristiques suivantes : - taux d'humidité : 8, 98% - résilience 50% : 86,3% - masse volumique : 12g/1 avec une énergie mécanique spécifique de l'extrudeuse de 159 kWh/T. By way of example, the expanded cylindrical blocking product obtained by the process according to the invention has the following characteristics: - moisture content: 8, 53% - 50% resilience: 85% - density: 13, 3 g / 1 with a specific mechanical energy of the extruder of 177
kVvh / T and the S-shaped expanded product has the following characteristics: - moisture content: 8, 98% - resilience 50%: 86.3% - density: 12g / l with a specific mechanical energy of the extruder of 159 kWh / T.
Ci après on va décrire de façon détaillée deux exemples de réalisation d'un produit de calage. Hereinafter will be described in detail two embodiments of a calibration product.
Exemple 1 :
La matière céréalière utilisée est une farine de maïs commercialisée par la société Maïs Centre Technologie sous l'intitulé"Safrane 15.05". Le diamètre moyen (ou D50) de cette farine est de l'ordre de 190m. L'humidité de cette farine est mesurée à environ 14%. Example 1
The cereal material used is a corn flour marketed by Maïs Center Technologie under the title "Safrane 15.05". The average diameter (or D50) of this flour is of the order of 190m. The moisture of this flour is measured at about 14%.
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On alimente la machine d'extrusion telle que décrite ci-dessus en farine à raison de 450 kg/h et en eau à raison de 9 I/h. The extrusion machine is fed as described above in flour at 450 kg / h and water at 9 I / h.
Autrement dit, dans le fourreau, le mélange présente une teneur pondérale en eau de 16% environ et une teneur en matière sèche de 84% environ. La vitesse de rotation des vis est de 1050 tr/min. In other words, in the sheath, the mixture has a water content of about 16% and a solids content of about 84%. The rotation speed of the screws is 1050 rpm.
La température de la zone A du fourreau est à environ 25OC, la zone B à 50 C environ, la zone C à 1200C environ, la zone D à 140 C environ et les zones E et F à 185OC environ,
L'énergie mécanique spécifique (EMS) fournie au mélange est de l'ordre de 177kWh/t, et la pression au moment de l'extrusion est de l'ordre de 52 bars. The temperature of the zone A of the sheath is about 25 ° C., the zone B at about 50 ° C., the zone C at about 1200 ° C., the zone D at about 140 ° C. and the zones E and F at about 185 ° C.
The specific mechanical energy (EMS) supplied to the mixture is of the order of 177 kWh / t, and the pressure at the time of extrusion is of the order of 52 bars.
La filière utilisée est composée de 4 Inserts cylindriques de 3mm de diamètre. The die used is composed of 4 cylindrical inserts 3mm in diameter.
Enfin, la vitesse des couteaux formés de deux lames mobiles est de l'ordre de 3500 tr/min. Finally, the speed of the knives formed of two moving blades is of the order of 3500 rpm.
Le produit de calage expansé biodégradable selon l'invention constitué d'un ensemble de particules expansées biodégradables présente une masse volumique apparente de l'ordre de 13,3 g/l, et une teneur en eau après stabilisation du produit, de l'ordre de 8%, et donc une teneur en matière amylacée de 92% environ. The biodegradable foamed blocking product according to the invention consisting of a set of biodegradable foamed particles has a bulk density of the order of 13.3 g / l, and a water content after stabilization of the product, of the order by 8%, and therefore a starch content of about 92%.
La particule expansée biodégradable obtenue a une forme cylindrique de 42mm de longueur et 16mm de diamètre environ. The biodegradable expanded particle obtained has a cylindrical shape 42 mm in length and 16 mm in diameter.
En comprimant une particule expansée biodégradable entre deux pistons, il est possible de mesurer la force nécessaire pour atteindre 50% de l'épaisseur (notée Fso% en Newton (N)) de cette particule, ainsi que sa capacité à retrouver ou non son épaisseur initiale. Dans ce cas, la compression n'a pas été maintenue. By compressing a biodegradable expanded particle between two pistons, it is possible to measure the force required to reach 50% of the thickness (denoted Fso% in Newton (N)) of this particle, as well as its ability to recover or not its thickness. initial. In this case, the compression was not maintained.
On définit donc qu'une particule a une résilience de 100% si elle retrouve intégralement son épaisseur initiale après compression de 50% de son épaisseur initiale et après relâchement de l'effort de compression. It is therefore defined that a particle has a resilience of 100% if it fully regains its initial thickness after compression of 50% of its initial thickness and after relaxation of the compressive force.
La particule de cet exemple présente une Fro%, de l'ordre de 28, 5N et une résilience de l'ordre de 85%. The particle of this example has a Fro%, of the order of 28.5N and a resilience of the order of 85%.
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Exemple 2 La matière céréalière utilisée est la même que celle de l'exemple précédent. Example 2 The cereal material used is the same as that of the preceding example.
On alimente une installation selon l'invention en farine à raison de 450 kg/h et en eau à raison de 25 I/h. On ajoute un pigment vert. Autrement dit, dans le fourreau on a une formule de départ de 81% environ de matière sè-
che, 18% environ d'eau et moins de 1 % de pigment vert. A plant according to the invention is fed with flour at a rate of 450 kg / h and with water at a rate of 25 l / h. A green pigment is added. In other words, in the sheath we have a starting formula of about 81% of
about 18% water and less than 1% green pigment.
La vitesse de rotation des vis est de 900tr/min. The rotation speed of the screws is 900 rpm.
La température de la zone A du fourreau est à environ 25OC, la zone B à 50 C environ, la zone C à 120 C environ, la zone D à 135OC environ et les zones E et F à 180 C environ. The temperature of the zone A of the sheath is at about 25 ° C., the zone B at about 50 ° C., the zone C at about 120 ° C., the zone D at about 135 ° C. and the zones E and F at about 180 ° C.
L'énergie mécanique spécifique (EMS) fournie au mélange est de l'ordre de 160kWh/t et la pression au moment de l'extrusion est de l'ordre de 150 bars. The specific mechanical energy (EMS) supplied to the mixture is of the order of 160 kWh / t and the pressure at the time of extrusion is of the order of 150 bar.
La filière utilisée comporte quatre inserts en forme de"grand S" de 7mm2 de surface (Fig. 5). The die used has four "big S" shaped inserts with a surface area of 7mm2 (Fig. 5).
Enfin, la vitesse des couteaux monoblocs à quatre lames est de l'ordre de 4000 tr/min. Finally, the speed of monobloc knives four blades is of the order of 4000 rpm.
Le produit expansé obtenu présente une masse volumique apparente de l'ordre de 15 g/I, et une teneur en eau après stabilisation du produit, de l'ordre de 8,5%, et donc une teneur en matière amylacée de l'ordre de 91,5%. The expanded product obtained has a bulk density of the order of 15 g / l, and a water content after stabilization of the product, of the order of 8.5%, and therefore a content of starchy material of the order 91.5%.
La particule expansée biodégradable obtenue a une forme en"S" de 20mm de longueur et 13mm de largeur environ. The biodegradable expanded particle obtained has an "S" shape of 20mm in length and approximately 13mm in width.
La particule de cet exemple présente une F5o% de l'ordre de 22N et une résilience de l'ordre de 89%
On pourrait utiliser d'autres pigments ou des colorants pour que le produit obtenu à la sortie de l'extrudeuse ait différentes couleurs. The particle of this example has a F 50% of the order of 22 N and a resilience of the order of 89%
Other pigments or dyes could be used so that the product obtained at the exit of the extruder has different colors.
Par ailleurs, le produit peut être monocouleur ou multicouleur selon le type d'objets à emballer. Furthermore, the product can be single color or multicolor depending on the type of objects to be packaged.
A titre de comparaison, le tableau ci-après résume quelques caractéristiques de différents produits de calage en polystyrène expansé et biodégradable de l'invention selon l'exemple 1. By way of comparison, the following table summarizes some characteristics of different foamed and biodegradable polystyrene cushioning products of the invention according to Example 1.
<Desc/Clms Page number 15> <Desc / Clms Page number 15>
<tb>
<tb> <Tb>
<Tb>
Particules <SEP> expan-Chips <SEP> en <SEP> forme <SEP> de <SEP> Chips <SEP> en <SEP> forme <SEP> de
<tb> sées <SEP> biodégrada-S, <SEP> en <SEP> polystyrène <SEP> 8, <SEP> en <SEP> polystyrène
<tb> bles <SEP> de <SEP> l'invention
<tb> Densité <SEP> apparente <SEP> (g/I) <SEP> 13, <SEP> 3 <SEP> 12 <SEP> 11, <SEP> 5
<tb> Fso% <SEP> (N) <SEP> 28, <SEP> 5 <SEP> 41, <SEP> 3 <SEP> 14
<tb> Résilience <SEP> (%) <SEP> 85 <SEP> 88, <SEP> 5 <SEP> 74
<tb> Particles <SEP> expan-Chips <SEP> in <SEP> form <SEP> of <SEP> Chips <SEP> in <SEP> form <SEP> of
<tb> seeds <SEP> biodegradable-S, <SEP> en <SEP> polystyrene <SEP> 8, <SEP> en <SEP> polystyrene
<tb> bles <SEP> of <SEP> the invention
<tb> Density <SEP> apparent <SEP> (g / I) <SEP> 13, <SEP> 3 <SEP> 12 <SEP> 11, <SEP> 5
<tb> Fso% <SEP> (N) <SEP> 28, <SEP> 5 <SEP> 41, <SEP> 3 <SEP> 14
<tb> Resiliency <SEP> (%) <SEP> 85 <SEP> 88, <SEP> 5 <SEP> 74
<Tb>
Le procédé de fabrication selon l'invention permet de faire subir à une matière première d'origine végétale un traitement thermomécanique intense dans une machine de cuisson-extrusion à deux vis co-rotatives, conduisant ainsi à une dégradation macromoléculaire de l'amidon contenu dans cette matière céréalière et conférant au produit obtenu une structure très expansée. The manufacturing method according to the invention makes it possible to subject a plant-based raw material to intense thermomechanical treatment in a co-rotating two-screw extrusion cooking machine, thus leading to a macromolecular degradation of the starch contained in this cereal material and conferring on the product obtained a very expanded structure.
Le produit de calage expansé selon l'invention présente donc l'avantage d'être biodégradable et d'utiliser comme matériau de base un matériau issu d'une énergie renouvelable et peu coûteux. The expanded cushioning product according to the invention therefore has the advantage of being biodegradable and of using as a base material a material derived from a renewable and inexpensive energy.
De plus, aucun agent expansant étant utilisé pendant la fabrication, le produit de calage ainsi obtenu protège l'environnement. In addition, no expansant being used during manufacture, the wedging product thus obtained protects the environment.
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