Сушилки для макаронных изделий. Оборудование для сушки

Исследовали низкотемпературные и высокотемпературные режимы сушки, используемые в сушильных агрегатах. Результаты исследований различных режимов сушки показали, что при одинаковом ассортименте продукции время сушки макаронных изделий разное. При низкотемпературном она составляет 23,8 ч, а при высокотемпературном – всего 10,5 ч, что объясняется различной сушильной способностью сушильного агрегата. Наилучшие показатели качества оказались у макаронных изделий с высокотемпературной сушкой. Потери сухих веществ после варки макарон для изделий с низкой температурой сушки оказались выше, что связано со слабой белковой матрицей. При высокотемпературной сушке окраска макарон ярче, чем при низкотемпературной, что объясняется действием фермента полифенолоксидазы, замедляющим процесс потемнения изделий. Цвет макаронных изделий в основном зависит от содержания водорастворимого β-каротина в муке и используемых добавок.

цвет макаронных изделий

высокотемпературные и низкотемпературные режимы сушки

макаронные изделия

1. Иванова З.А., Нагудова Ф.Х. Совершенствование технологии возделывания твердой пшеницы для производства макаронных изделий // Современные проблемы науки и образования 2014 – № 5; URL: www..

2. Медведев Г.М., Крылова В.В. Технология и технохимконтроль макаронного производства. – М.: Пищевая промышленность, 2004. – 144 с.

3. Мачихин Ю.А., Берман Ю.К. Реология пищевых продуктов. Ч. 2: учебное пособие. – М.: Издательский комплекс МГУПП, 2009. – 93 с.

4. Николаев Б.А., Сычев С.А. Изменение свойств макарон при хранении // Хлебопекарная и кондитерская промышленность. – 2011.– № 8. – С.38-39.

5. Чернов М.Е., Грошев А.Ю. Влияние упаковки на сохранность макаронных изделий. Тез. докл. VIII научно-практич. конференции МГУТУ «Иновац. технологии в пищевой. пром-ти третьего тысячелетия». – М., 2012. – Вып. 9. – Т. 1. – С. 284-285.

Качественные макаронные изделия являются неотъемлемой частью сбалансированного питания человека.

Основным сырьем, применяемым в макаронном производстве, является мука из твердой пшеницы. Макаронные изделия лучшего качества, имеющие янтарно-желтый или соломенно-желтый цвет, получаются из специальной макаронной муки (крупки), полученный размолом зерна твердой пшеницы или мягкой стекловидной пшеницы. Из макаронной муки 1-го сорта получаются изделия с коричневатым оттенком большей или меньшей интенсивности. Макаронные изделия, полученные из хлебопекарной муки высшего сорта, имеют обычно светло-кремовый с серым оттенком .

Процесс производства макаронных изделий характеризуется различным реологическим поведением полуфабрикатов, которое определяется макаронными свойствами муки, рецептурой теста и режимами работы технологического оборудования .

Основными и наиболее длительными процессами при производстве макаронных изделий являются процесс сушки и стабилизации макаронных изделий.

Анализ литературных источников показывает, что значительные изменения реологических свойств полуфабрикатов происходят именно в процессе сушки и стабилизации. Производство длинных макарон из муки твердой пшеницы ограничено в связи с отсутствием оптимальных режимов сушки, обеспечивающих производство продукции с качественными показателями, соответствующими стандартам на макаронные изделия .

В процессе сушки макаронных изделий влага перемещается из внутренних слоев к наружным. Неравномерное удаление влаги приводит к возникновению внутренних напряжений.

Во время процесса стабилизации также происходит изменение реологических свойств высушенных макаронных изделий, за счет испарения остаточной влаги (1-2 %), остывания продукта до температуры цеха и процесса рассасывания внутренних напряжений.

На основании вышеизложенного можно заключить, что основной причиной возникновения напряжений внутри макаронных изделий, которые приводят к образованию трещин, является неправильное ведение процессов сушки и стабилизации макаронных изделий. Поэтому необходимо вести эти процессы с учетом изменения реологических свойств полуфабриката и готовой продукции.

Для того чтобы это осуществить, необходимо иметь инструментальное обеспечение, позволяющее снимать реологические свойства изделий, и по полученной информации дать рекомендации по ведению технологических стадий производства.

Цель исследования

В связи с этим целью наших исследований являлось изучение технологии производства макарон, получаемых из муки твердой пшеницы, путем разработки оптимальных режимов сушки, стабилизации и хранения продуктов.

Материал и методы исследования

Исследовательская работа проводилась на Нальчикской макаронной фабрике. В качестве объектов исследований были использованы макаронные изделия, приготовленные из муки твердой пшеницы.

Изучены следующие варианты температурных режимов сушки - низкотемпературные и высокотемпературные, используемые в сушильных агрегатах новых выпусков.

Результаты исследований различных режимов сушки показали, что при одинаковом ассортименте продукции время сушки макаронных изделий разное. При низкотемпературном она составляет 23,8 ч, а при высокотемпературном - всего 10,5 ч, что объясняется различной сушильной способностью сушильного агрегата.

Температура воздуха в предварительной сушилке при низкотемпературном способе повышается с 50 до 56 0 С, относительная влажность среды с 68 до 74 %, производительность сушилки при этом составляет 26-30 г/кг св.

Температура воздуха в предварительной сушилке при высокотемпературном способе за короткий период повышается с 55 0 С до 67 0 С, относительная влажность от 66 до 80 %, при этом производительность сушилки возрастет до 55-70 г/кг св.

При увеличении температуры и влажности воздуха в сушилке срок нахождения макаронных изделий в пластическом состоянии повышается. Такие условия сушки благоприятствуют нагреву макаронных изделий до 75-77 0 С, и затем происходит медленное снижение температуры продукта. При этом происходит равномерное перераспределение влаги по толщине стенки макарон и снижение влажности в высушиваемых изделиях. Это способствует получению макаронных изделий без трещин в изделиях при их стабилизации и охлаждении до 33-35 0 С.

В таблице 1 представлены результаты оценки качества макаронных изделий с различными режимами сушки.

Таблица 1

Качественные показатели макаронных изделий, высушенных при низкотемпературных и высокотемпературных режимах сушки

Наилучшие показатели качества оказались у макаронных изделий с высокотемпературной сушкой. Потери сухих веществ после варки макарон для изделий с низкой температурой сушки оказались выше, что связано со слабой белковой матрицей.

При высокотемпературной сушке цвет макаронных изделий лучше, чем при низкотемпературной, что объясняется действием фермента полифенолоксидазы, замедляющего процесс потемнения изделий.

В качестве основного сырья для производства макаронных изделий была использована мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта, соответствующая ГОСТ 26574-85. Были изготовлены макаронные изделия без добавок и с добавлением водорастворимого В-каротина из расчета 10 мг на 1 кг муки. Макаронные изделия (массой 0,5 кг) упаковывали в пакеты из полипропиленовой пленки и в коробки из картона. Продукция хранилась в сухом проветриваемом помещении с температурой 10-20°С и ΔΓ= 3,8 - 4,2°С, в течение 24 месяцев.

Исследованы качественные показатели макаронных изделий, с добавлением В-каротина и без добавок, при хранении в пакетах их полипропиленовой пленки и коробках из картона. В таблице 2 представлена динамика снижения содержания пигмента придающий желтую окраску при хранении макаронных изделий.

Таблица 2

Из представленных данных видно, что окраска макаронных изделий в основном зависит от количества желтого пигмента в муке и используемых добавок. При хранении в различных упаковочных материалах наблюдается уменьшение количества желтого пигмента. В макаронах без добавок снижение количества желтого пигмента происходит медленно. Так, при хранении в коробках из картона содержание каротиноидов за два года снизилось на 60 %, при хранении в полипропиленовой пленке на 73 %. В изделиях с добавлением ß-каротина снижение желтой окраски макарон происходит значительно быстрее. Особенно это заметно для макарон, упакованных в полипропиленовую пленку, где в первый период хранения (6 месяцев) разрушение каротиноидов составило 35 %.

Анализ экономической эффективности исследуемых вариантов сушки показал, что при высокотемпературных режимах снижаются затраты на производство 1 т макаронных изделий на 5 тыс. рублей. При этом за счет высоких качественных показателей макаронных изделий, получаемых при этом режиме, спрос на продукцию повышается, а также растет реализационная цена 1 кг макарон. В связи с этим такие показатели, как прибыль и уровень рентабельности, у нас выше при высокотемпературных режимах и составляет с 1 т продукции 19000 руб и 82,6 %.

Таблица 3

Экономическая эффективность режимов сушки макаронных изделий

Заключение . Наилучшие показатели качества у изделий с использованием высокотемпературного режима сушки. У изделий, высушенных при низких температурах потери сухих веществ после варки были значительны. При высокотемпературном режиме, окраска макарон ярче, чем при низкотемпературном, что объясняется действием фермента полифенолоксидазы, замедляющий процесс потемнения изделий. Окраска макаронных изделий в основном зависит от содержания водорастваоримого β-каротина в муке и используемых добавок. В изделиях с добавлением ß-каротина снижение желтой окраски макарон происходит значительно быстрее. Особенно это заметно для макарон, упакованных в полипропиленовую пленку. В макаронах без добавок снижение количества желтого пигмента происходит медленно. Высокотемпературные режимы сушки дают возможность получить макаронные изделия высокого качества.

Рецензенты:

Кашукоев М.В., д.с.-х.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова», МСХ РФ, г. Нальчик;

Хоконова М.Б., д.с.-х.н., профессор, ФГБОУ ВПО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова», МСХ РФ, г. Нальчик.

Библиографическая ссылка

Основные методы сушки макаронных изделий

Способы интенсификации сушки макаронных изделий

Биохимические изменения крахмала и белка макаронных изделий и их технологических характеристик при термообработке и сушке

Изменение структурно-механических свойств макаронных изделий, подвергнутых гигротермообработке

Массообменные характеристики и равновесная критическая влажности макаронных изделий

Установка для сушки макаронных изделий по новой технологии и обоснование целесообразности внедрения нового способа сушки

ВВЕДЕНИЕ

Макаронные изделия благодаря низкой влажности могут длительное время сохраняться. Высушивание их является энергоёмким и длительным процессом из всех технологических стадий производства макарон. В последнее время большое внимание уделяется предварительной подготовке объекта сушки к обезвоживанию. Целью такой подготовки является снижение энергии связи влаги с материалом и изменение его теплофизических характеристик, обеспечивающих возможность применения "жестких" режимов сушки без ущерба для качества высушиваемого продукта.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ СУШКИ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

В макаронной промышленности в основном применяется конвективная сушка. Разработаны разновидности сушильных установок - от замкнутых камер до современных сушильных, туннельных, непрерывно действующих агрегатов, снабженных системами автоматического регулирования параметров режима сушки. Однако даже при высокой степени механизации и автоматизации этих установок процесс сушки изделий остается длительным. Известно немало исследований посвященных проблеме интенсификации этого процесса путем повышения сушильной способности воздуха; применения новых способов сушим; терморадиационный, радиационно-конвективный, сублимационный и др.

Режимы сушки, применяемые в макаронной промышленности, разнообразны. При выборе оптимального режима сушки необходимо учитывать технологические свойства макаронного теста.

Известно, что для конвективной сушки применяется в основном два типа режимов: непрерывный и пульсирующий.

Непрерывная сушка при постоянной сушильной способности воздуха проста в отношении регулирования параметров воздуха и процесса в целом. Параметры воздуха при этом режиме сушки остаются постоянными на протяжении всего процесса обезвоживания.

Основным недостатком непрерывного режима является то, что сушку проводят при высокой сушильной способности воздуха. Такой режим можно применять только для изделий стойких к деформации: суповых засыпок и порошкообразных, изделий. Сушка их происходит в более короткий срок, чем длиннотрубчатых, размеры их меньше, они лучше поддаются всесторонней обдувке воздухом за счет пересыпания.

Длиннотрубчатые изделия сушатся при трёхстадийном или пульсирующем режиме. Последний условно делится на следующие стадии. Первая стадия - предварительная сушка. Ее целью является стабилизация формы изделий предотвращение зависания, плесневения и вытягивания. "Подсушка"" длится от 30 мин до 2 ч. и протекает при сравнительно "жестких" режимах в течение которых удаляется от 1/3 до половины влаги от того количества, которое должно быть удалено за время сушки из макаронных изделий.

Такое интенсивное обезвоживание возможно только на первом этапе сушки, когда макаронное тесто пластично и отсутствует опасность появления трещин. Дальнейшее ведение процесса при "жестком" режиме невозможно, так как это приведет к растрескиванию изделий, возникший при этом большой градиент влажности и возросшие напряжения нельзя будет уменьшать, поскольку макаронное тесто приобрело свойства упругого тела.

Во избежание растрескивания проводится вторая стадия – отволаживание. Путем повышения относительной влажности воздуха добиваются "размягчения корочки" за счет увлажнения поверхностного слоя в результате происходит снижение градиента влажности и рассасываются возникшие напряжения. Этот процесс лучше вести при сравнительно высоких температурах и относительной влажности воздуха, при которых скорость диффузии влага увеличивается, а испарение влаги с поверхности уменьшается. В этих условиях продолжительность отволаживания сокращается.

Третья стадия - окончательная сушка - проводится при "мягком" режиме для того, чтобы касательные напряжения не превысили предельного значения, так как изделия находятся в состоянии упругих деформаций. При этом скорость испарения влаги с поверхности должна быть соизмерима со скоростью ее подвода из внутренних слоев к верхнему слою. На этом этапе сушку можно чередовать с отволаживанием.

Большое значение имеет медленное охлаждение продукции после ее сушки, чтобы к моменту упаковки градиент влажности был минимальным. При резком охлаждении возможно образование трещин за счет недостаточного выравнивания влагосодержания по слоям изделия.

И.М. Савиной исследован трехстадийный режим сушки короткорезанных изделий. Установлено, что на общую продолжительность сушки оказывает большое влияние количество влаги, удаляемое в период предварительной сушки. Сопоставлен трехстадийный режим сушки с непрерывной сушкой при постоянных параметрах воздуха (t = 60 °С; φ = 70 %; V = 0,9 м/сек). В обоих случаях получено хорошее качество продукта, однако продолжительность сушки при трехстадийном режиме оказалась на 20-25 % короче.

И. Т. Тараным предложен 5-ти стадийный режим сушки длиннотрубчатых макаронных изделий: предварительная сушка; кратковременное (глубокое) отволаживание; повторная сушка; длительное (поверхностное) отволаживание и досушка.

Применение многостадийного режима значительно сократила продолжительность процесса сушки до 10-12 ч.

В макаронной лаборатории ВНИИХП проведена работа по изучению сушки макарон во вращающихся цилиндрических кассетах по методу французской фирмы Bassane .

Доказана возможность получения прямых трубчатых макаронных изделий и установлено, что цилиндрическая кассета должна иметь отношение Д/L = 0,47, торцевые стенки - сплошные, гладкие, без перфораций. В кассету следует помещать изделия влажностью не более 29 %; объем кассеты заполнять сырыми изделиями на 62-65 %. Найдена зависимость скорости обдувки макарон воздушным потоком от живого сечения кассеты при различной частоте ее качания.

На основании экспериментальных данных выявлено наиболее оптимальное значение площади живого сечения обечайки для кассеты – 45 %.

Рекомендуется предварительную сушку осуществлять сушильным агентом (температура воздуха 50 °С и относительная влажность 65 %) со скоростью 5 м/с ев при амплитуде качания кассеты 140 °С и частоте ее качания 15-12 качаний в минуту. Продолжительность сушки 1,5 часа, конечная влажность полуфабриката – 22 %.

После предварительной сушки, перед началом окончательной сушки изделия необходимо подвергнуть отволаживанию в течение 60 мин при температуре воздуха 47 °С, влажности 88-94% и частоте вращения кассеты 2 об/мин.

Окончательную сушку необходимо проводить воздухом при следующих его параметрах: температура – 50 °С, относительная влажность – 80 %, скорость воздушного потока - 5 м/сек. Амплитуда качания кассеты – 180 °С, частота качания - 15 качаний в минуту, продолжительность качания и обдувки - 20 мин; отволаживание следует осуществлять в течение 40 мин при температуре воздуха 47 °С, относительной влажности 88-94 %, частоте вращения кассеты 2 об/мин. Затем цикл повторяется. Общая продолжительность сушки макарон 17-18 час.

В настоящее время в различных отраслях промышленности находит применение терморадиационный метод энергоподвода, при котором интенсификация процесса сушки достигается за счёт использования коротковолнового инфракрасного излучения.

Вопрос использования инфракрасного излучения для сушки макаронных изделий впервые изучен А. С. Гинзбургом, И. Х. Мельниковой, Н. А. Лукьяновой, И. М.Савиной и др.

Отмечено, что ввиду особенностей движения влаги под действием инфракрасных лучей наблюдается очень быстрое обезвоживание поверхностного слоя за счет появления значительного температурного перепада внутри материала. В результате резкого снижения влажности не поверхности происходит неравномерная усадка рядом лежащих слоев, что вызывает растрескивание материала. Вследствие этого непрерывное облучение нельзя применять при сушке макарон и макаронных изделий. Предложен комбинированный терморадиационно-конвективный метод сушки, при котором происходит сочетание периодического облучения сушимого материала с конвективной сушкой.

Дня макарон обыкновенных (диаметром 7 х 4,5 мм) из муки I сорта рекомендован следующий режим сушки:

Опыты Ф. Стаффа (США) показали, что при применении инфракрасного излучения продолжительность сушки короткорезанных макаронных изделий, изготовленных из высокопротеиновой пшеничной и соевой муки, значительно уменьшается. При этом изделия приобретают коричневый оттенок.

В макаронной лаборатории ВНИИХП (бывшей ЦНИЛМап) проведена работа по изучению процесса радиационной сушки трубчатых макаронных изделий в подвесном состояний. Для этого параллельно макаронным прядям устанавливали излучатели панельного типа, выполненные в виде чугунных плит с заложенными в них спиралями. Температура генераторов излучения составляла 150 °С; расстояние от поверхности излучателя до изделия 170мм, продолжительность облучения более 3 мин.

Для макарон типа «Соломка» (диаметр 8 мм) из муки 1 сорта (из твердой пшеницы) лучшие результаты для комбинированной терморадиационно-конвективной сушки получены при следующих режимах:

предварительная терморадиационно-конвективная сушка, состоящая из трёх циклов; в каждом цикле облучение при t = 1б0 °С, осуществляемое в течение 3 мин, чередуется с конвективной сушкой в течение 2 часов при следующих параметрах: t = 32 – 35 °С; φ = 85 %; V= 0,5 м/с, при этом удаляется 7,5% влаги;

ступенчатая конвективная сушка при повышающейся сушильвой способности воздуха:

t = 32-35 °С; φ = 85 %; V = 0,5 м/с до W = 19-19,5 %

t = 32-35 °С; φ = 75-80 %; V = 0,5 м/с до W = 15 %

t = 32-35 °С; φ = 67-71 %; V = 0,5 м/с до W = 13%

Общая продолжительность сушки составляет 9,5 часов, что на 8,5 часов меньше, чем при конвективой сушке без облучения. Об эффективности облучения свидетельствует то, что в основном длительность процесса сокращается за счет начальной «под сушки» (от 29 до 22 %), в этой зоне продолжительность сушки сокращается на 5 часов, то есть больше, чем на 50% от общей продолжительности всего процесса. Характерно, что после предварительного облучения процесс сушки протекает более интенсивно; очевидно, что режим сушки может быть более жестким, чем обычно,

Г. Хаммел (Англия) отмечает, что применение инфракрасного излучения возможно и для сушки короткорезаных изделий. Однако использование ламп в качестве генераторов увеличивает габариты установки.

При комбинированном способе сушки продолжительность процесса может быть сокращена до 3 часов, однако, качество продукта ухудшается, а сокращение длительности процесса сушки до 1 часа вызывает резкое ухудшение качества продукции.

Карасони Ласло и Харчиттау Еммиль (Италия) провели исследования возможности использования инфракрасного излучения для сушки макаронных изделий. При этом применяли панели пря расстоянии продукта до генератора 80-100 мм; режим сушки прерывистый; облучение 5-30 сек, отлежка 40 сек. В этот период тесто охлаждали воздухом комнатной температуры. Таким путем проводили сушку до равновесной влажности. Однако не удалось добиться получения изделий без трещин. КПД сушильной установки был в пределах 4-6 %. Установлено, что все работы, проводимые с целью интенсификации процесса сушки, можно объединить в одно направление: длительность обезвоживания регулируется сушильной способностью воздуха или применением новых методов энергоподвода, при этом "вла- гоудерживеющая способность" объекта сушки (макаронных изделий) остается неизменной.

Снижение "влагоудерживеющей способности" сырых макарон возможно при изменении свойственных им специфических, физико-химических свойств. Сущность этих изменений заключается в том, что путем предварительной обработки у объекта снижается энергия связи влаги с составляющими компонентами теста. Таким образом изделия подготавливаются к процессу обезвоживания.

В последнее время в литературе освещается вопрос изыскания метода предварительной обработки объекта сушки, позволяющего снизить энергию связи влаги с материалом. Однако эффективным методом снижения энергии связи влаги с сухим веществом можно считать такой, который позволил бы наряду с сокращением продолжительности сушки получить готовый продукт, отвечающий всем требованиям стандарта. В связи с этим возникла необходимость отыскания способа предварительной обработки макаронных изделий, позволяющего получить продукцию хорошего качества.

СПОСОБЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СУШКИ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

В Швейцарии гидротермическая обработка дополняется последующим замораживанием изделий при температуре минус 2б °С в течение 15 - 25 мин.

В США предлагается использовать термообработку сухим паром при температуре 101- 180 °С, предварительно «подсушенных» изделий при инфракрасном энергоподводе в течение 5-30 сек.

Во Франции для ускорения сушки сырые макаронные изделия после прессования варятся и затем выдерживаются в этиловом спирте, который постепенно вытесняет из них влагу; после итого изделия быстро высушиваются, а спирт регенерируется.

А.С. Гинзбург, В.И. Сыроедов, Н.И. Назаров рекомендуют с целью снижения энергии связи влаги с материалом и интенсификации внутреннего переноса влаги применять поверхностно-активные вещества (ПАВ), например, этиловый спирт, гексан или толуол, отличающиеся малым коэффициентом поверхностного натяжения.

В МТИПП проведены исследования с целью проверки следующих видов термообработки макаронных изделий: гидротермической с промывкой поверхности изделий холодной (t =15°С) или горячей водой (t = 100 ° С) и без промывки с последующим замораживанием и без замораживания, а также гигротермической обработки, осуществляемой по тем же вариантам.

Данные показывают, что все виды предварительной термической обработки макарон значительно сокращают общую продолжительность сушки. Так, сушка макарон стандартной влажности после гидротермической обработки с промывкой в холодной воде в течение 5 мин и с последующим замораживанием при температуре минус 25 °С в течение 25 мин, составила 177 мин. Параметры сушильного агента были следующие: температура 90 °С, относительная влажность 30 %. Потери сухих веществ при варке, увеличение объёма, цвет и структура в изломе отвечали требованиям ГОСТа. Однако, недостатком этих методов является слипание изделий. Для устранения склеивания применяли промывку изделий холодной и горячей водой, их замораживание и обработку в вибрационном поле. Тем не менее это все оказалось не эффективным. Вместе с тем гигротермическая обработка в кассетах, по сравнению с гидротермической, значительно сокращает продолжительность сушки макаронных изделий. Так, продолжительность сушки гигротермически обработанных и замороженных макаронных изделий составила 115 мин, а без замораживания 90 мин. При этом такие показатели качества готовых издали как потери сухих веществ в варочной воде, увеличение объема находились в пределах требований ГОСТа. Однако все-таки наблюдалось частичное слипание изделий.

Анализ приведенных выше данных позволил сделать вывод о преимуществе гигротермообработки перед гидротермообработкой.

Сушка макаронных изделий, подвергнутых гигротермообработке в подвесном состоянии на бастунах, при параметрах сушильного агрегата φ = 80 %; t = 60 °С; V = 1 м/сек, позволила полностью избежать слипания продукции, качество которой отвечало всем требованиям ГОСТа. Гигротермообработка проводилась при постоянной начальной влажности изделий. Параметры пара также не изменялись. Изучено влияние продолжительности (1-5 мин) гигротермообработки с интервалом в 1 мин на процесс сушки и качество изделий. Установлено, что гигротермическая обработка изделий оказывает существенное влияние на процесс сушки.

На рис. 1 представлены кривые сушки макаронных изделий с гигротермической обработкой (τ т.о.) продолжительностью 2 и 5 мин и без нее. Процесс сушки осуществляли при "жестких" постоянных параметрах сушильного агента. Применение "жесткого" режима сокращает время обезвоживания изделий не подвергнутых гигротермообработке с 18-24 час до 13,6 час. Надо отметить, что в промышленных условиях сушка ведется при более «мягких режимах» Однако при "жестком" режиме сушки внешние слои изделий высыхают значительно быстрее внутренних за счет появления больших градиентов влажности и наблюдается растрескивание макарон как в процессе сушки, так и при их хранении.

Рис.1. Кривые сушки макаронных изделий:

1 - без гигротермической обработки; 2, 3 - с гигротермической обработкой в течение соответственно 5 и 2 мин.

Гигротермическая обработка изделий перед сушкой значительно сокращает процесс обезвоживания, так как позволяет применять "жесткие" режимы сушки без опасения появления трещин. При этом протекает два взаимосвязанных процесса: тепловая денатурация белков и модификация крахмала. Последняя в условиях дефицита влаги не переходит границу клейстеризации первого ряда. Денатурация белков ведет к снижению энергии связи влаги с белками теста и к упрочнению структуры последнего. Так, прочность на разрыв изделий, не обработанных теплом составляет 320 г, а обработанных - 790 г.

Макаронные изделия, предварительно термообработанные, не подвергались растрескиванию в процессе хранения в течение 6 месяцев и более. Кривые сушки представленные на рис.1 показывают, что начальная влажность изделий без обработки и после неё резко различается. Так, макароны с гигротермообработкой имеют W = 54,6 %, а без неё - 47,5 %. Также существенно отличается и первая критическая влажность (W): в первом случае она равна 34 %, во втором – 30 %.

Однако влагосъем в первый период сушки у макарон после гигротермообработки больше, чем у изделий без неё. У термообработанных макарон он составляет 20,6 %, а у необработанных - 17,5 %. Следует также отметать, что продолжительность первого периода сушки в первом случае меньше (55 мин), чем во втором (125 мин).

Второй период сушки значительно увеличивается в случае сушки макарон без термообработки (690 мин против 480 мин). При данной продолжительности гигротермообработки равновесная влажность макарон незначительно изменяется (с гигротермообработкой W= 13 %, без неё -14 %); при этом относительная влажность воздуха – 80 %, температура – 60 °С, скорость - 1,0 м/сек.

На рис.2 представлены кривые скорости сушки, продолжительность которых в первом и во втором периодах значительно больше у макаронных изделий, подвергнутых гигротермообработке. Скорость сушки в первом периоде (N с ) больше у макарон, прошедших 2-х минутную гигротермообработку и составляет 0,31 %/мин по сравнению с 0,14 %/мин для изделий без обработки.

Увеличение продолжительности гигротермообработки с 2 до 5 мин приводит к увеличению длительности сушки почти в 2 раза, (см. рис. 1), что объясняется углублением зоны клейстеризации крахмала, в результате чего происходит образование более прочных связей влаги с єтим компонентом теста. Скорость сушки при 2-х минутной гигротермообработке как в первом, так и во втором периоде выше, чем при 5-ти минутной гигротермообработке (см. рис. 2). Сравнение кривых сушки и ее скорости при гигротермообработке в диапазоне 1-5 мин показывает, что 2-х минутная обработка является оптимальной по показателю общей продол-жительности сушки. Путём математической обработки экспериментальных данных, проведенной на ЭЦВМ БЭСМ-6, получены уравнения кривых сушки макаронных изделий в1 и во 2 периодах и скорости сушки:

Для первого периода: (от W до W)

W = B - A; - A = N (1)

где W - текущая влажность, соответствующая 1периоду сушки, %;

W - первая критическая влажность макаронных изделий, %;

W - начальная влажность макаронных изделий, %;

Продолжительность сушки в 1 периоде, мин;

В, А - коэффициенты уравнения (В - %, А - %/мин);

Скорость сушки, %/мин;

Рис. 2 Кривые скорости сушки макаронных изделий:

1, 2 – с гигротермической обработкой в течении соответственно 2 и 5 мин; 3 – без гигротермической обработки.

Для второго периода: (от W до W , причем W стремится к W)

W = W + С exp (-m)

дифференцируя уравнение (2), получим уравнение скорости сушки

M C exp (-m), (2)

где W - вторая критическая влажность, %;

W - равновесная влажность, %;

W - текущая влажность соответствующая 2 периоду сушки, %;

Продолжительность сушки во 2 периоде, мин;

С - коэффициент уравнения, %;

m - степень экспоненты, 1/мин;

Скорость сушки во 2 периоде сушки, %/мин.

В табл.1 приведены численные значения коэффициентов уравнения (1) и (2) кривих сушки и скорости сушки макаронних изделий в зависимости от параметров гигротермообработки и сушки.

Таблица 1

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КРАХМАЛА И БЕЛКА МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ И ИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ И СУШКЕ

Кинетика процесса сушки гигротермообработанных макаронных изделий . В промышленности для сушки трубчатых макаронных изделий используется "мягкий" трехступенчатый пульсирующий режим, часто меняющейся сушильной способностью воздуха.

Применение предварительной гигротермической обработки сырых изделий позволило применить более «жесткие» режимы с постоянной сушильной способностью воздуха. В результате исключается растрескивание изделий, как в процессе сушки, так и при длительном хранении. Этому способствует также введение в процесс сушки заключительной технологической операции - стабилизации изделий, которая по своей физико-химической сущности аналогична кондиционированию изделий.

Режим сушки нагретым воздухом (без предварительной обработки паром) характеризуется следующими параметрами: температурой воздуха (); относительной влажностью воздуха (); скоростью движения воздуха ().

С введением гигротермообработки появляется четвертый параметр - продолжительность гигротермообработки (). Эти параметры влияют не только на скорость сушки, но и на критическую равновесную влажность материала, а также на свойства и качество продукции. Поэтому необходимо найти такой режим сушки, который при минимальной длительности сушки и наименьшем расходе энергии обеспечит высокое качество готовых изделий.

Кинетика процесса сушки макаронных изделий, подвергнутых предварительной гигротермической обработке, изучалась в диапазоне изменения параметров: относительной влажности воздуха от 50 до 80 %; температуры воздуха от 50 до 80 °С; скорости воздуха от 0,5 до 2,0 м/сек.

Как показали исследования, сушка гигротермически обработанных макаронных изделий протекает тем интенсивнее, чем ниже относительная влажность и выше температура и скорость сушильного агента. Однако окончательно судить о величинах оптимальной влажности, температуры и скорости сушильного агента можно лишь с учетом показателей качества готовых изделий. Оценка качества изделий проводилась по следующим показателям: кислотность, цвет изделий, прочность на приборе Строганова, кулинарные свойства (количество сухих веществ, переходящих в варочную воду; коэффициент увеличения объема; увеличение массы макарон при варке; продолжительность варки). Были исследованы изменения: атакуемости крахмала амилолитическими ферментами и белковых веществ протеолитическими ферментами; а также содержание азота в варочной воде и водорастворимого азота под действием гигротермической обработки.

Биохимические изменения крахмала и белка макаронных изделий при гигротермо- обработке и сушке. Структура крахмала имеет большое значение при определении свойств вырабатываемых макарон. От нее зависят товарные и кулинарные свойства изделий. Одним из способов выяснения степени изменения крахмала является определение атакуемости его амилазами.

Известно, что при механическом или тепловом воздействии на крахмальные зерна увеличивается показатель атакуемости их амилазами. Крахмал, подвергнутый обработке (механической, тепловой и т.д.) осахаривается β-амилазой скорее, чем необработанный. При этом заметнее всего повышается атакуемость крахмала при действии β-амилазы пшеницы. Были проведены опыты по определению атакуемости крахмала амилазами при действии гигротермообработки и при различных параметрах сушки. Атакуемость крахмала определяли по увеличению содержания редуцирующих сахаров, образующихся под действием ферментной вытяжки β-амилазы (глицериновой вытяжки из пшеничной муки) в тесте при температуре 40°С в течение 1 часа; она выражалась в миллиграммах на 10 г сухого вещества теста в пересчете на мальтозу. Изменение биохимических характеристик макаронных изделий при гигротермообработке и сушке даны в табл.2.

Из данных табл.2 видно, что атакуемость крахмала β-амилазой в макаронных изделиях без гигротермообработки составляла 100 мг на 10 г сухого вещества теста в пересчете на мальтозу, а после обработки макарон паром в течение 2 мин увеличилась до 236,5 мг т.е.более чем в 2 раза. При чем с увеличением продолжительности гигротермообработки атакуемость крахмала β-амилазой возрастала и при 5-ти минутной обработке составляла 253,5 мг. Повышение атакуемости связано, следовательно, с частичной клейстеризацией крахмала при термообработке изделий паром, что хорошо согласуется с замедлением скорости сушки при увеличении продолжительности гигротермообработки. Параметры сушильного агента также оказывали влияние на атакуемость крахмала-амилазой. При повышении его температуры с 50 до 60 °С атакуемость увеличивалась от 156 до 236,5 мг. Дальнейшее возрастание температуры приводило к инактивации β-амилазы, что вызывало снижение атакуемости крахмала. Так, этот показатель при температуре 70 и 80 °С снижался соответственно до 190,5 и 166 мг. При относительной влажности воздуха 60 % атакуемость составила 219мг, а при 80 % - 236,5 мг. Атакуемость крахмала β-амилазой при скорости воздуха м/сек: 0,5 - 167 ; 1,0-236,5; 1,5 - 225; 2,0 - 204 мг.

Показатель атакуемости крахмала оказался чувствительным к изменению относительной влажности и скорости сушильного агента. При постоянной температуре воздуха С60°С) возрастание его относительной влажности и скорости до 1,0 и/сек атакуемость крахмала увеличивалась, что объяснялось углублением его клейстеризации за счет более интенсивного прогрева изделий.

Гигротермообработка изделий вызывает денатурацию белков клейковины, которые становятся менее растворимыми и теряют каталитическую активность. Атакуемость белковых веществ протеолитическими ферментами оценивалась по накоплению водорастворимого азота. Из результатов, приведенных в табл. 2, видно, что атакуемость белковых веществ макарон без гигротермообработки составляла 39,0 %, а при 2-х минутной обработке паром - 30,35%. При увеличении продолжительности гигротермообработки до 5 мин, атакуемость снижается до 27%.Таким образом, установлено, что в результате гигротермообработки происходит тепловая денатурация, способствующая снижению активности белковых веществ. Процесс сушки также вызывает значительную денатурацию белка даже при применении слабой тепловой обработке. В связи с этим представляет интерес проследить как меняется ак- тивность белковых веществ в зависимости от параметров режима сушки. По показателю атакуемости белковых веществ можно рекомендовать параметры сушки.

Таблица 2

Повышение температуры воздуха в сушильной камере воздействует по-разному на атакуемость белковых веществ. Так при увеличении температуры с 50 до 70 °С атакуемость белковых веществ возрастала с 29,6 до 31,6 %, дальнейшее повышение температуры снижало атакуемость до 25,6 %. Изменение скорости сушильного агента также по-разному влияет на атакуемость белковых веществ. При скорости м/сек: 0,5 - 26,96; 1,0 - 30,3; 1,5 - 34,05, а при 2,0 -32,7%. Рассматривая влияние параметров сушильного агента на атакуемость белковых веществ, видим, что при сушке гигротермообработанных трубчатых макаронных изделий оптимальными являются температура воздуха 60-70 °С, скорость воздуха 1,0 - 2,0 м/сек. Одновременно была проведена проверка изменения белково-протеиназного комплекса в макаронах с применением гигротермической обработки. При этом определяли количество общего азота в варочной воде и водорастворимого азота. В результате гигротермической обработки снижалось количество азотистых веществ в варочной воде. Так, при увеличении температуры с 50 до 70 °С атакуемость белковых веществ возрастала с 29,6 до 31,6%, дальнейшее повышение температуры снижало атакуемость до 25,6 %. Изменение скорости сушильного агента также по-разному влияет на атакуемость белковых веществ. При скорости м/сек: 0,5 - 26,96; 1,0 - 30,3; 1,5 - 34,05, а при 2,0 -32,7%. Рассматривая влияние параметров сушильного агента на атакуемость белковых веществ, видим, что при сушке гигротермообработанных трубчатых макаронных изделий оптимальными являются температура воздуха 60-70 °С, скорость воздуха 1,0 - 2,0 м/сек. Одновременно была проведена проверка изменения белково-протеиназного комплекса в макаронах с применением гигротермической обработки. При этом определяли количество общего азота в варочной воде и водорастворимого азота. В результате гигротермической обработки снижалось количество азотистых веществ в варочной воде.

Изменение те хнологических характеристик готовых изделий. Процесс сушки существенно влияет на качество готовой продукции, и выбор оптимальных параметров зависит от показателей качества готовой продукции. О вкусовых достоинствах или дефектах макаронных изделий судят по их кислотности, которая по ГОСТу не должна превышать 3-4 град. Цвет макаронных изделий должен быть желтоватым, свойственный изделиям из муки, полученным из твердой пшеницы. На цвет готовых изделий влияет ряд факторов; цвет сырья, условия ведения технологического процесса и т.д.

Как показали исследования с применением гигротермической обработке цвет изделий резко меняется, они приобретают приятный янтарно-желтый цвет; при этом поверхность макарон становится глянцевитой и прочность их значительно возрастает. Прочность изделий (определяемая на приборе Строганова) без гигротермообработки при «жестком» режиме сушки ниже значения ГОСТа и равна 606 г. С применением гигротермообработки величина прочности макаронных изделий резко возрастает и при 2-х минутной достирает 2070 г. Другой важной характеристикой потребительской ценности макаронных изделий являются свойства их при варке: продолжительность варки до готовности, увеличение массы сваренных изделий, потери сухих веществ в варочной воде, увеличение объема макарон в процессе варки. Все эти показатели определялись по стандартным методикам. Количество сухих веществ, перешедших в варочную воду с применением гигротермообработки, сокращалось и составляло 4,21 % по сравнению с 5,19 % (без обработки паром), при этом коэффициент увеличения объема несколько увеличивался с 3,28 до 3,32 раз и находился в допустимом пределе. Увеличение массы макаронных изделий при варке снижалось у макарон, выработанных с применением гигротермообработки (в течение 2 мин), от 173 до 168 %. Относительная влажность воздуха также сказывалась на варочных показателях. Так, повышение относительной влажности воздуха с 50 до 80 % способствовало снижению количества сухих веществ» переходящих в варочную воду, уменьшению коэффициента увеличения объема (от 3,5 до 3,32 раз) и показателя увеличения массы макаронных изделий при варке. Температура и скорость сушильного агента незначительно влияли на варочные показатели.

Также отметим, что применение гигротермообработки способствует снижению продолжительности варки изделий до готовности с20 до10 мин. Появление трещин в изделиях фиксировалось черев 3-4 часа после сушки.

Рассматривая основные технологические показатели макаронных изделий, можно сделать вывод, что применение гигротермообработки существенно повышает качество готовой продукции. Кондиционирование макаронных изделий. Применение "жестких" режимов сушки вызовет опасность образования трещин на поверхности и в глубинных слоях изделий даже при условия значительного упрочения структуры макаронной трубки. Причины образования трещин заключаются в неравномерности сушки, усадочных процессах и возникновении касательных напряжений, превышающих предельно допустимые значения.

Чем прочнее структура, тем меньше вероятность образования трещин, однако полная гарантия предотвращения растрескивания возможна при переходе к "мягким" режимам сушки или применении кондиционирования (стабилизации) изделий на завершающей стадии сушки при достижении ими влажности 18 %. Целью кондиционирования (стабилизации) является снятие напряжений, возникших в процессе сушки макарон при "жестком" режиме.

Кондиционирование проводили следующим образом: макароны в рабочей камере установки обрабатывали паровоздушной смесью с требуемыми параметрами. При этом высушенные изделия увлажняли примерно до 14%, причем внешние слои достигали более высокой влажности, чем внутренние. Вследствие этого происходило растяжение влажных слоев и снятие касательных напряжений. После кондиционирования изделия выдерживали на воздуха. Во время стабилизации изделия охлаждали да температуры воздуха помещения, а влажность их достигала стандартной величины.

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ, ПОДВЕРГНУТЫХ ГИГРОТЕРМООБРАБОТКЕ

После гигротермобработке изделия хоть и упрочняются. Но остаются достаточно пластичными. Растрескивание и коробление макаронных изделий обусловлено неравномерным распределением влага внутри материала, вследствие чего возникает объемно-напряженное состояние. Нормальные напряжения, вызванные растяжением, и касательные напряжения, возникающие за счет сдвиговых деформаций, могут превысить предельно допустимые значения и вызвать разрушение структуры.

Представляет интерес выяснить основные реологические характеристики макаронного теста, подвергнутого гигротермообработке при разной влажности, так как они определяют нормальные и касательные напряжения в материале,

Н.Е. Нетушил провел испытания макаронного теста на растяжение. Однако с применением предварительной гигротермообработки этот способ определения реологических характеристик применять невозможно, потому что, начиная с влажности 34%, изделия становятся достаточно прочными, а используемые зажимы образца не позволяют производить испытания на растяжение: макаронное тесто выскальзывает из зажима и обрыв происходит не на середине, как требует методика, а вблизи зажатого конца образца. Испытания высушенных изделий проводили на сжатие. Для исследования брали образец макаронных изделий размерами (мм): длина - 50, диаметры внешний и внутренний соответственно 7 и 4,5.

Изменение размеров образца несколько меняет результаты испытания, что объясняется влиянием масштабного фактора.

Главными критериями оценки структурно-механических свойств служат прочность и характеристические параметры релаксационного процесса (упруго-кинетические и реологические). В работах И.С. Мельниковой и Н.Е. Нетушил описано влияние влажности изделий на изменение в процессе сушки пластично-упругих деформаций. Однако отсутствуют данные о том какие коррективы в эту взаимосвязь может внести предварительная гигротермообработка объекта сушки. Для изучения этого вопроса в МТИПП изготовлен специальный прибор для измерения нагрузки при постоянной скорости деформации на сжатие макаронной трубки в продольном на правлении.

Прибор (рис. 3) состоит из электродвигателя, который с помощью ременной передачи приводит в движение винт (система передач от электродвигателя к винту позволяет менять скорость в отношении 1:2:4)

Рие.З. Схема прибора для исследования реологических характеристик макаронных изделий в процессе сушки:

1 - электродвигатель; 2 - ременная передача; 3 - винт; 4 - упругий элемент; 5 -осциллограф; 6 – тензоусилитель

Нагрузка, прикладываемая к макаронной трубке в осевой плоскости по всей длине образующей перпендикулярной оси, передается на упругий элемент - стальную балку прямоугольного сечения, лежащую на двух опорах. Под действием нагрузки деформируется не только балка, но и тензодатчики сопротивления, наклоненные на нее и собранные в мостовую схему. С измерительной диагонали ток черед усилитель передайся на осциллограф и записывается на диаграмму сжатия макаронной трубки,. По оси ординат этой диаграммы откладывав нагрузка, а по абсциссе - абсолютное сжатие трубки, пропорциональное времени нагружения. Испытание на сжатие проводили на следующих этапах технологического процесса: после прессования после гигротермообработки, через определенные интервалы в течение всего процесса сушки. Прилагаемая нагрузка меняется от нуля до величины сжатия или разрушения образца. Между приложенной нагрузкой и внутренними силами в образце в каждый момент времени сохраняется равновесие. Зависимость между напряжением σ и деформацией ε макаронного образца изображается в виде графика на осциллограмме.

По диаграмме изменения σ = f (ε) при различных значениях влажности теста можно проследить изменение основных структурно-механических показателей как в процессе гигротермообработки, так и в процессе сушки.

В табл. 3 представлены результаты основных структурно-механических показателей макаронной трубки. Как видно из данных табл. 3, предварительная гигротермообработка существенно изменяет реологические показатели. Так, - возрастает на порядок от 8 кПа до 23 кПа, максимальное напряжение сжатия m ах, касательное напряжение кс, модуль упругих деформаций Е (условный) увеличивается в 2 раза, а модуль упруго-пластических деформаций Е уменьшается от 727кПа до 577 кПа, что еще раз подтверждает выводы о упрочении структуры изделий, выработанных с применением предварительной гигротермообработки.

Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделийТаблица 3

Реологические характеристики претерпевают значительное изменение в процессе дальнейшей сушки, при этом различаются два периода (1 период соответствует постоянной скорости сушки, 2 - убывающей скорости). В первый период все реологические характеристики остаются неизменными, а при влажности W = 33,2 близкой к значению критической влажности, основные структурно-механические показатели начинают возрастать. С влажности 33,2 начинается приближение значения модуля упругопластических деформаций Е к величине условного модуля упругости Е, при этом происходит затухание пластических деформацией изделия в основном приобретают упругие свойства.

На рис. 4 приведены кривые изменения максимального напряжения макаронной трубки в процессе сушки. Кривые имеют два характерных участка. Точка перегиба лежит на границе перехода от первого ко второму периоду сушки, которая в то же время соответствует переходу от пластического состояния вещества к упругому. В опытах начальная влажность и максимальное напряжение сжатия изделий одинаковы W = 45 %, m ах = 105 кПа. В результате гигротермообработки происходит увлажнение изделий до W = 54,6 % и при этом максимальное напряжение сжатия увеличивается до m ах = 200 кПа. Уже с этого момента разница между значениями величин максимального напряжения сжатия изделий, подвергнутых гигротермообработке и без нее, равна 100 кПа, а к концу сушки при W = 16% эта разница возрастает до 750 кПа,

Точки перехода от прямого участка к криволинейному не совпадают ни по значению влажности, ни по величине максимального напряжения сжатия. Переход в упругое состояние у макарон, подвергнутых гигротермообработке, происходит с опережением (на 4 – 5 %) по сравнению с изделиями без обработки. Из приведенных графиков следует, что гигротермообработка изделий приводит к их существенному упрочнению. В процессе сушки многие материалы, в том числе и макароны уменьшают свои размеры, т.е. происходит усадка. При неправильном ведении процесса сушки макаронные изделия растрескиваются. Причиной последнего является неравномерная усадка слоев высушиваемого материала. Интенсифицированные режимы сушки макарон лимитируются их усадкой.

Гигротермообработка приводит к упрочнению структуры макаронных изделий, вызванному денатурацией белков. В свою очередь денатурация белков способствует уменьшению размеров материала. Но гигротермообработка увеличивает массу вещества за счет увлажнения изделий. Этим объясняется неизменность размеров макаронных изделий, подвергающихся обработке паром.

Рис. 4. Кривые изменения максимального напряжения сжатия макаронной трубки в процессе сушки:

1 - без гигротермообработки; 2 – с двухминутной гигротермообработкой

Однако в процессе сушки характер усадки макаронной трубки гигротермообработанных макарон отличен от усадки обычо приготовленных. По данным экспериментов установлены коэффициенты линейной усадки для двух периодов сушки и , относительная усадка δ, коэффициенты объёмной усадки β и объёмная усадка δ. Сравнивая значения коэффициентов линейной и объемной усадки макаронных изделий без гигротермообработки и с ней, видно, что обработка паром способствует снижению коэффициента линейной усадки. Коэффициент объемной усадки также уменьшается с применением гигротермообработки. Такое изменение линейной и объемной усадки в связи с применением гигротермообработки позволяет вести сушку макаронных изделий при «жестком» режиме, так как возможность появления трещин снижается.

Но опасность возникновения трещин все-таки остается, и особенно во второй стадии сушки. В качестве критерия для оценки опасности трещинообразования можно принять критерий Кирпичева:

K (3)

где - поток массы;

Определяющий размер;

Среднее влагосодержание, соответствующее критерию Фурье

Важно отметить, что при обычном методе сушки максимально допустимое значение массообменного критерия Кирпичева для макарон составляет около 0,6. Применение предварительной гигротермообработки способствует увеличению прочности и приводит к тому, что изделия способны выдержать более высокие касательные напряжения. Поэтому максимально допустимое значение массообменного критерия Кирпичева для макарон, прошедших предварительную гигротермическую обработку, возрастает до 1,3, что говорит о снижении возможности образования трещин.

Как видно из полученных данных, гигротермообработка оказывает существенное влияние на структурно-механические характеристики макарон.

Изменение структурно-механических показателей в упрочнение структуры изделий являются одним из основных факторов интенсификации сушки изделий, подвергнутых предварительной гигротермической обработке, изделия становятся "восприимчивыми" к ведению "жесткого" режима сушки.

МАССООБМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И РАВНОВЕСНАЯ И КРИТИЧЕСКАЯ ВЛАЖНОСТИ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Кинетика переноса массы вещества во влажных материалах определяется разностью потенциалов массопереноса. Молекулярно-кинетическая теория явлений тепломассопереноса предполагает, что в изотермических условиях плотность потока влаги прямо пропорциональна градиенту потенциала массопереноса:

q кг/мч, (4)

где - градиент потенциала массопереноса, ;

Коэффициент массопроводности, определяющий способность влажного материала к переносу влаги при величии градиента потенциала, кг/м.ч.;

Градус массообменный.

Так как термодинамический потенциал массопереноса в изотермических условиях является однозначной функцией влагосодержания, то градиент потенциала массопереноса можно выразить через градиент влагосодержания:

где - градиент влагосодержания кг·влаги/кг·СВ·м;

Удельная влагоёмкость влажного тела, кг·влаги/кг·СВ·;

С учетом формулы (5) основной закон изотермической массопроводности можно представить в таком виде:

q (6)

де - плотность абсолютно сухого тела, кг·СВ/м ;

Коэффициент внутреннего массопереноса (зависит от температуры и влагосодержания), характеризующий свойства тела в отношении интенсивности развития полей потенциала массопереноса или инерционную способность тела к внешним водным возмущениям.

Следовательно, интенсивность сушки в основном зависит от коэффициента внутренней диффузии влаги. Проведено аналитическое определение коэффициента внутреннего массопереноса из кривых сушки и скорости сушки по следующей формуле:

(7)

где R – характерный размер тела, м;

Скорость сушки, %/м;

Коэффициент внешнего массообмена, м/ч.

Равновесная влажность, кг/кг.

(Для макаронной трубки, если R = 3,5 мм, = 2,25 мм, соотношение = 0,625 мм)

Характер изменения коэффициента внутренней диффузии влаги при сушке с гигротермической обработкой и без нее аналогичен. В первый период сушки он остается постоянным, а в период падающей скорости сушки он незначительно изменяется, но уменьшается в 2 раза по абсолютной величине,

В период постоянной скорости влага будет перемещаться в виде жидкости (избирательная диффузия осмотически-удержанной влаги), температура материала будет постоянна и равна температуре мокрого термометра.

При достижении на поверхности материала первой критической точки, соответствующей гигроскопической влажности, скорость сушки начнет уменьшаться, а перемещение адсорбционно-связанной влаги внутри материала в основном будет происходить в виде пара. Следует отметить, что во второй период скорость убывает по линейному закону, эта закономерность находится в соответствии с изменением коэффициента внутренней диффузии в этот период сушки. Коэффициент внешнего влагообмена меняется аналогично. На рис.5 показана диаграмма изменения коэффициентов внешнего влагообмена и внутреннего массопереноса для макаронных изделий, подвергнутых предварительной гидротермической обработке и высушенных по обычно принятой технологии. Эти коэффициенты как в первом, так и во втором периодах больше у изделий, прошедших предварительную гигро-термообработку, что еще раз свидетельствует об интенсификации процесса сушки.

Рис. 5. Диаграмма изменения коэффициентов внешнего влагообмена и внутреннего массопереноса a m макаронных изделий при введении гигротермической обработки:

1,2 - сушка макаронных изделий соответственно без термообработки и с термообработкой

В табл. 4 приведены значения коэффициентов внешнего влагообмена и внутреннего массопереноса для различных режимных параметров гигротермообработки и сушки. Коэффициенты внутренней диффузии и внешнего влагообмена зависят от продолжительности от гигротермообработки и от параметров режима сушки.

Таблица 4

Из данных табл.4 видно, что наибольшие величины этих коэффициентов наблюдаются при 2-х минутной гигротермообработке. Коэффициенты внешнего влагообмена внутренней диффузии уменьшаются при увеличении относительной влажности воздуха, снижении температуры и скорости сушильного агента.

Равновесная и критическая влажность макаронных изделий. Методом аналитической обработки кривых сушки и скорости сушки были получены значения равновесной и критической влажности макаронных изделий (рис. 6).

Следует подчеркнуть, что термообработка приводит к некоторому снижению равновесной влажности готовой продукции. Этот фактор имеет практическое значение, свидетельствуя о повышении стойкости макаронных изделий при хранении.

Рис. 6. График влияния термической обработки на первую критическую точку W

и равновесную влажность W

В дополнение к полученным результатам исследовано влияние термической обработки на первую критическую влажность макаронных изделий (см. рис. 6). Иp графика видно, что первая критическая влажность у изделий, подвергнутых предварительной гигротермообработке, повышается (особенно при 2-х минутной обработке). Это важно для практической технологии, так как с этой точкой связан переход от пластического состояния вещества к упругому. Первая критическая точка смещается в сторону увеличения у изделий, приготовленных по новой технологии.

УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ МАКАРОННІХ ИЗДЕЛИЙ ПО НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ НОВОГО СПОСОБА СУШКИ

В настоящее время известны сушилки для подвесной сушки длинных макаронных изделий. К ним относятся сушилка в линии "ЛМБ" и зарубежные - фирм Braibanti (Италия) и Buhler (Швейцария). Эти сушилки непрерывного действия снабженные камерами сушки предварительной, окончательной, стабилизацонной. Сушка длинных трубчатых изделий на этих установках ведется при "мягких", трехступенчатых пульсирующих режимах, с длительной затратой времени (18-24 часа) на сушку. Кроме того перечисленные сушилки громоздки, длина их достигает 30-45 м.

В связи с применением предварительной гигротермооботки перед сушкой и кондиционированием в конце ее, возникла необходимость создания конструкции сушилки, включавшей новые технологические операции.

На рис.7 представлена схема установки для сушка длиннотрубчатых макаронных изделий в подвесном состоянии. Установка состоит из камер: предварительной гигротермообработки, отлежки, сушилки, кондиционирования, переходной воны и камеры для стабилизации высушенных изделий. Сушильная установка снабжена воздухоподводящей камерой и устройствами для подачи пара. Бастуны с полуфабрикатом после пресса поступают в камеру предварительной гигротермообработки, где в течение 2 мин подвергаются воздействию смеси воздуха и пара. Затем изделия попадают в камеру отлежки, после которой направляется в сушильную камеру, где перемещаются по ярусам снизу вверх. При достижении изделиями верхнего яруса влажность их достигает 13 %. Для снятия внутренних напряжений высушенные изделия направляются в камеру кондиционирования где в течение 1-2 мин происходит их увлажнение до влажности 16 % в паровоздушной среде. После стадии кондиционирования изделия подаются в стабилизационную камеру, в которой они остывают и высыхают до стандартной влажности 13 %.

Длительность процесса гигротермической обработки и сушки макаронных изделий для различных сортов муки в предлагаемой сушильной установке достигает 8 - 10 часов. Таким образом, применение новой технологии приготовления длиннотрубчатых макаронных изделий позволяет сократить продолжительность процесса сушки в 3 раза; применить «жесткие», постоянные параметры сушильного агента; сократить габаритные установки; улучшить качество продукции.

Рис.7. Схема сушильной установки

1, 2, 3, 4, 5, 6 - камера соответственно гигротермообработки; отлежки, сушки, переходной зоны, кондиционирования, стабилизации высушенных изделий; 7 - отверстие для выгрузки готовых изделий; 8 - камера для подвода воздуха; 9 - устройство для подачи пара; 10 - отверстие для загрузки изделий

Обоснование целесообразности внедрения нового способа сушкм. В табл. 5 представлено сравнение технических характеристик существующей линии ЛМБ и реконструируемой по новому методу.

Из данных табл. 5 следует, что внедрение нового метода сушки позволяет значительно сократить продолжительность сушки и уменьшить габариты сушильной установки (по длине) в 2 раза.

Таблица 5

Разработанная сушильная установка позволяет разместить современную автомати -ческую линию по производству макарон в действующих макаронных фабриках при их реконструкции.

Другие преимущества внедрения нового метода сушки заключаются в следующем:

Устраняются обрывы в начальной стадии сушки благодаря существенному упрочнению структуры сырых заготовок (практически исключены завалы сушильных установок обрывами прядей при подвесной сушке изделий из слабой муки);

Улучшается вкус изделий (очевидно, в результате жесткого режима сушки происходит реакция меланоидинообразования); повышаются, по сравнению с обычными макаронами кулинарные свойства: они быстрее развариваются, при длительном пребывании в кипящей воде изделия сохраняют свою индивидуальность; сокращается количество всех экстрактивных веществ, переходящих в варочную воду.

За счет снижения длительности технологического процесса (в 3 раза) можно увеличить объём выпускаемой продукции с единицы сушильной площади за сутки также в 3 раза. Так как занимаемая площадь под новую линию будет в 2 раза меньше площади, необходимой для установки линии ЛМБ, представляется возможным размещение 2-х новых линий, реализующих процесс сушки по предложенному методу. В связи с этим выпуск продукции возрастает в 6 раз. Однако применение нового метода сушки на основе гидротермической обработки приводит к некоторому увеличении расхода пара в час, но в целом этот экономический показатель в пересчете на общую продолжительность сушки сократится с 5750 до 2790 кг. Расход воздуха за весь период сушки также снизится на 52000 м³.

Таким образом, себестоимость макарон уменьшится за счет снижения амортизационных отчислений расхода воздуха, электроэнергии и пара.

Анализ литературных источников показывает, что в настоящее время наметилось два направления в интенсификации процесса суши макаронных изделий:

Предварительная гидротермическая обработка полуфабриката перед сушкой;

Внесение в макаронное тесто поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Следует отметить, что наибольшее распространение пожучил первый метод интенсификации процесса сушки.

В МТИПП разработана технология непрерывного процессе сушки при "жестком" режиме длиннотрубчатых макаронных изделий, отличающихся применением с использованием предварительной гигротермической обработки и кондиционирования изделий.

Установлено, что гигротермообработка сырых изделий в сочетании с другими технологическими факторами сушки существенно улучшает совокупность показателей качества готовых макаронных изделий, прочность и структура излома, внешний вид и их кулинарные свойства.

На основании разработанных технологических режимов гигротермообработки, сушки и кондиционирования макаронных изделий предложена схема новой сушильной установки в которой процесс сушки сокращается до 8-9 часов при улучшении технологических и структурно-механических свойств готовых изделий.

За счет снижения продолжительности технологического процесса в 3 раза представляется возможным увеличить объем выпускаемой продукции с единицы сушильной площади за сутки также в 3 раза, а себестоимость макарон уменьшить за счет снижения амортизационных отчислений: расхода воздуха, пара и электроэнергии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Таранов И.Т. Конвективные многостадийные режимы сушка макарон в плоских кассетах. "Харчова Промисловисть". К., 1973. 2, с.42-46.

2. Чернов М.Е., Поляков Е.С., Буров Л.А., Савина И.М. Сушка макарон в качающихся, вращающихся, цилиндрических кассетах. (Информация). ЦИНТИпищеиздат, М.,1971.

3. Калошина Е.Н., Демченкова Э.А., Дивцивадзе Г.В. Влияние различных методов термической обработки на качество макаронных изделий.Сб. научн.трудов ЗИСТ каф. "Товароведение пищевых продуктов". М.,1973.

4. Гинзбург А.С, Калошина Е.Н. Исследование кинетики сушки длинных трубчатых макаронных изделий. "Хлебопекарная и кондитерская промышленность". "Пищевая промышленность" 1, 24-25, М., 1973.

5. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. Изд-во "Пищевая промышленность", М.,1973.

6. Калошина Е.Н. Исследование процесса сушки длинных трубчатых макаронных изделий. Дисс. на соискание уч. степени к.т.н., М.,1973.

Изобретение относится к области пищевой промышленности и может быть использовано при производстве макаронных изделий. Макаронные изделия предварительно прогревают в течение 1,5÷2,0 мин паром, имеющим температуру 95÷120°С и относительную влажность 45÷50%. Осуществляют последующую высокотемпературную сушку по двухстадийной схеме до достижения потребительской влажности 12,5÷13%, стабилизацию механических характеристик изделий после сушки и охлаждение их до температуры окружающей среды. Температура и относительная влажность воздуха на 1-й стадии такие же, как и при прогреве изделий. На 2-й стадии температуру и относительную влажность воздуха скачкообразно снижают соответственно до 90÷98°С и 43÷45%. Продолжительность стабилизации - 20÷25 мин. Проводят ее при температуре воздуха 30÷35°С и равновесной относительной влажности его 70÷75%. Охлаждение макаронных изделий осуществляют посредством обдува их атмосферным воздухом. Изобретение позволяет осуществить оптимизацию технологии сушки макаронных изделий, обеспечивающей радикальное сокращение длительности рабочего процесса без ухудшения их потребительских качеств. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области пищевой промышленности и может быть использовано при производстве макаронных изделий.

Из отечественной и зарубежной специальной литературы и других информационных источников известен ряд способов сушки макаронных изделий, в т.ч. и предусматривающих предварительный прогрев их посредством кратковременной, в течение 1,5÷2,0 минут, гидротермической обработки паром с последующим высокотемпературным воздействием на них путем обдува подогретым воздухом, с использованием принудительной циркуляции его по замкнутому циклу и охлаждением изделий в конце сушки до температуры окружающей среды (см., например, кн. "Макаронное производство", под ред. М.Е.Чернова, М.: Мир, 1994 г., стр.74, 91; Назаров Н.И. "Технология макаронных изделии ", М.: Пищевая промышленность, 1978 г., стр.216, 217; Медведев Г.М., Крылова В.В. "Технология и технохимконтроль макаронного производства", М.: Пищевая промышленность, 1979 г.; пат. JP №57-54028, A 23 L 1/16, 04.01.82 г.; RU №2087104, A 23 L 1/16, 20.08.97 г.; RU №2101978, A 23 L 1/16, B 65 D 85/22, 21.01.98 г. и др.).

Однако сушка макаронных изделий в соответствии с предусматриваемыми этими известными способами технологиями занимает слишком много времени. Обусловлено это в основном нерациональностью режимов обработки макаронных изделий как во время самой сушки, так и после нее, в процессе охлаждения их до температуры окружающей среды и другими факторами.

Из числа известных аналогов изобретения ближайшим (прототипом) является способ сушки макаронных изделий по пат. RU №2087104, A 23 L 1/16, 20.08.97 г.

Предусматриваемая в указанном способе предварительная гидротермическая обработка макаронных изделий паром позволяет существенно сократить время прогрева их до 1,5÷2,0 минут и реализовать возможность проведения после этого высокотемпературной сушки, осуществляемой в данном случае по одностадийной схеме до достижения в конце нее потребительской влажности изделий.

Указанный способ достаточно прогрессивен и до сих пор широко применяется в пищевой промышленности при производстве макаронных изделий. Использование в соответствии с ним при производстве макаронных изделий высоких температур способствует соответствующему ускорению сушки и улучшению микробиологических и ряда других их потребительских качеств.

Однако из-за этой же особенности указанной технологии и одностадийной схемы сушки макаронные изделия по окончании последней имеют достаточно высокую температуру. Данное обстоятельство способствует возникновению в обрабатываемом продукте соответствующих остаточных механических напряжений. В последующем, например, при резком охлаждении высушенных макаронных изделий до температуры окружающей среды, при транспортировке, либо при длительном хранении указанные напряжения могут привести к растрескиванию изделий и потере ими соответствующих потребительских качеств. Для исключения указанного недостатка охлаждать высушенные таким способом макаронные изделия следует очень медленно, а это связано с большими временными затратами.

Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков вышеперечисленных известных аналогов и прототипа посредством соответствующей оптимизации технологии сушки макаронных изделий, обеспечивающей радикальное сокращение длительности рабочего процесса без ухудшения их потребительских качеств.

В соответствии с изобретением поставленная задача достигается тем, что согласно заявляемому способу сушки макаронных изделий, предусматривающему предварительный прогрев их посредством кратковременной, в течение 1,5÷2,0 минут, гидротермической обработки паром с последующим высокотемпературным воздействием на них путем обдува подогретым воздухом, принудительно циркулирующим по замкнутому циклу, и охлаждением изделий в конце сушки до температуры окружающей среды, паровую обработку изделий проводят при температуре пара 95÷120°С и сравнительно небольшой, порядка 45÷50%, относительной влажности его, а высокотемпературное воздействие на них - по двухстадийной схеме, предусматривающей на первой стадии, длящейся примерно половину общего времени сушки, составляющего порядка 18÷20 минут, обдув изделий в форсированном режиме при идентичных по сравнению с паром температурно-влажностных параметрах воздуха, обеспечивающем максимально возможную скорость отдачи указанными изделиями содержащейся в них влаги, а на второй - некоторое замедление по отношению к первой скорости сушки посредством скачкообразного снижения температуры и относительной влажности воздуха соответственно до 90÷98°С и 43÷45% с продолжением сушки при таком режиме до приобретения изделиями потребительской влажности.

Высушенные таким образом макаронные изделия перед охлаждением их до температуры окружающей среды подвергают относительно непродолжительной, в течение 20÷25 минут, стабилизации путем обдува их теплым воздухом, имеющим пониженную до 30÷35°С температуру и равновесную, порядка 70÷75%, относительную влажность.

Проводимое за этим охлаждение макаронных изделий до температуры окружающей среды осуществляют обдувкой их атмосферным воздухом.

Достижению поставленной задачи способствует также и то, что обдув макаронных изделий в процессе их сушки осуществляют в реверсивном режиме при скорости воздуха порядка 1,0÷1,5 м/с.

Вначале рабочего процесса изменение влагосодержания продукта происходит весьма медленно. Однако при вышеуказанных температурно-влажностных параметрах пара макаронные изделия очень быстро в течение 1,5÷2,0 минут прогреваются по всему объему до достаточно высокой, порядка 75÷78°С, температуры, соответствующей температуре испарения жидкости при данных условиях. Указанное обстоятельство обусловлено в основном частичной конденсацией пара непосредственно на поверхности обрабатываемых макаронных изделий. При конденсации пара коэффициент теплопроводности прогреваемого материала в зоне контакта увеличивается в несколько раз, благодаря чему за столь короткий промежуток времени собственно и реализуется вышеупомянутый эффект, заключающийся в динамическом (скоростном) характере прогрева макаронных изделий при гидротермической обработки до температуры 75÷78°С.

Влагоотдача при предварительном прогреве макаронных изделий невелика, порядка 2÷3%. Однако такой прогрев создает весьма благоприятные условия для использования предусматриваемой заявляемым способом последующей высокотемпературной сушки макаронных изделий по двухстадийной схеме.

Как уже отмечалось выше, температурно-влажностные параметры используемой на первой стадии сушки воздушной среды точно такие же, как и на этапе предварительного прогрева макаронных изделий (температура: 95÷120°С, относительная влажность 45÷50%). Сушка макаронных изделий на данной стадии характеризуется интенсивным изменением влагосодержания в них по линейному закону. Температура поверхности макаронных изделий в этот период времени практически неизменна и равна температуре адиабатического насыщения используемой для сушки воздушной среды. На данной стадии сушки из макаронных изделий удаляется преимущественно осмотически-связанная влага. Отдача указанной влаги осуществляется с максимально возможной скоростью, составляющей порядка 1,0÷2,5% в минуту.

Продолжительность этой стадии составляет примерно половину, порядка 9÷10 минут, общего времени высокотемпературной сушки макаронных изделий. К концу стадии макаронные изделия теряют до 12÷13% содержащейся в них влаги. Остающаяся в макаронных изделиях к этому моменту (до 21÷22%) влага находится, в основном, в адсорбционно-связанном виде и для последующего удаления ее до приобретения ими потребительской влажности, составляющей примерно 12,5÷13%, необходимы более «мягкие» режимы проведения заключительной стадии сушки.

Как отмечалось выше, температура и относительная влажность используемой на второй стадии сушки воздушной среды составляет соответственно 90÷98°С и 45÷50%. Несмотря на некоторое снижение температуры воздуха на данной стадии она все же еще достаточно высока и продолжает оказывать соответствующее влияние на удаление адсорбционно-связанной влаги, перемещающейся (мигрирующей) в обрабатываемом продукте в виде пара. Однако скорость влагоотделения при таких температурно-влажностных параметрах заметно замедляется, примерно до 0,8÷0,3% в минуту.

Изменение ее, в отличие от первой стадии сушки, имеет нелинейный характер.

При скачкообразном снижении температурно-влажностных параметров используемого на второй стадии сушки макаронных изделий воздуха реализуется совпадение по направлению градиентов влажности и температуры, при котором термо- и концентрационная диффузии влаги протекают также в одном направлении, способствуя дополнительному влагоотделению.

Для повышения эффективности сушки макаронных изделий обдув их в процессе нее осуществляют в реверсивном режиме при скорости воздуха порядка 1,0÷1,5 м/с.

Продолжительность второй стадии сушки примерно такая же, как и первой. Практически, за то же самое время макаронные изделия, теряя до 8% влаги, приобретают конечную (потребительскую) влажность порядка 12,5÷13%. При этом общее время сушки макаронных изделий по предлагаемой технологии чрезвычайно мало и составляет для короткорезаных изделий порядка 18÷20 минут.

Однако такой высокоскоростной режим сушки чреват отмеченными выше по тексту негативными последствиями. Интенсивная сушка может привести к образованию в макаронных изделиях значительных по абсолютной величине остаточных механических напряжений. В последующем, например, при резком охлаждении высушенных таким образом макаронных изделий до температуры окружающей среды, при транспортировке, либо длительном хранении их указанные напряжения могут привести к растрескиванию изделий и потере ими соответствующих потребительских качеств. Для исключения этого в соответствии с заявляемым способом остаточные напряжения в высушенных по такой технологии макаронных изделиях устраняют сразу же после завершения двухстадийной высокотемпературной сушки при помощи относительно непродолжительной, в течение 20÷25 минут, стабилизации их механических свойств.

Физическая сущность данной операции заключается в принудительном прерывании следующего за высокотемпературной обработкой процесса охлаждения макаронных изделий и выдержке их в течение указанного времени в воздушной среде с равновесной влажностью, характеризующейся сравнительно низкой, порядка 30÷35°С, температурой и повышенной, примерно до 70÷75%, относительной влажностью воздуха.

В процессе стабилизации макаронных изделий происходит выравнивание температурно-влажностных показателей по всему их объему (слоям) и снижение величин остаточных механических напряжений в изделиях до приемлемого уровня, исключающего возможность ухудшения механической прочности высушенных по предлагаемой технологии изделий.

Проводимое по окончании стабилизации охлаждение макаронных изделий до температуры окружающей среды посредством принудительного обдува их атмосферным воздухом значительно ускоряет эту часть рабочего процесса по сравнению с естественным (пассивным) остыванием изделий на воздухе.

Для осуществления заявляемого способа сушки макаронных изделий ЗАО НПФ «ТЕКО» была разработана соответствующая конструкторско-технологическая документация и создано необходимое сушильное оборудование лоткового и конвейерного типов (на основе сушильных шкафов мод. С-109) производительностью от 100 до 300 кг изделий в час. Указанное оборудование оснащено соответствующей аппаратурой, позволяющей реализовать необходимые режимы сушки с автоматическим поддержанием и контролем задаваемых параметров ее и удалением испаряемой из макаронных изделий влаги в окружающее пространство.

На данном оборудовании фирмой была проведена достаточно большая серия всесторонних экспериментов исследовательского характера, позволивших существенным образом оптимизировать технологию сушки макаронных изделий с учетом современных тенденций развития данной области техники.

В результате указанной оптимизации было достигнуто радикальнее сокращение длительности высокотемпературной сушки короткорезаных макаронных изделий при гарантированном обеспечении их высоких потребительских качеств.

В ходе проведенных исследований экспериментально были уточнены номенклатура исходных продуктов для приготовления высококачественных макаронных изделий, виды и особенности необходимых технологических воздействий на них (включая их очередность, соответствующие температурно-влажностные режимы сушки, их продолжительность и многое др.), а также исследован характер изменения потребительских качеств данной продукции при граничных условиях ведения рабочего процесса.

Проведенные исследования показали, что при сушке по предлагаемой технологии макаронные изделия высокого качества могут быть получены из теста, приготовляемого из муки как твердых, так и мягких сортов пшеницы.

Использование при сушке макаронных изделий высоких температур приводит к инактивации окислительных ферментов и предотвращает потемнение продукта, способствует улучшению его цветности, а также коагуляции белков и фиксации клейковинной решетки, которая блокирует зерна крахмала от разрушения. Макаронные изделия в этом случае имеют необычайно привлекательный желтый или янтарно-желтый цвет насыщенной тональности, прозрачную стекловидную структуру и высокую механическую прочность.

Помимо всего этого высокая температура сушки способствует существенному улучшению микробиологических показателей макаронных изделий, поскольку при этом автоматически происходит их пастеризация.

Высокая механическая прочность макаронных изделий позволяет достаточно длительное время хранить, а также доставлять их потребителю любым видом транспорта без растрескивания и потери соответствующих потребительских качеств.

Проведенная Испытательно-аналитическим центром НИИ пищевой промышленности Уральского отделения (г. Екатеринбург) проверка потребительских качеств высушенных предлагаемым способом макаронных изделий посредством соответствующего химического анализа показала, что все, входящие в состав структуры белка указанных изделий, 20 аминокислот после высокотемпературного воздействия на них остаются после сушки без каких-либо изменений. Не было выявлено никаких отклонений и по углеводам (крахмальные зерна оставались в целостности). Косвенно данный факт подтвержден варкой макаронных изделий. Варка показала, что у таких макаронных изделий в ходе нее в значительной мере сокращаются потери сухих веществ, а также и само время их приготовления (до 7÷8 минут). Вода после варки макаронных изделий оставалась светлой и практически не имела осадка, а потеря ими сухих веществ не превышала допускаемых соответствующими нормативными документами (ГОСТ) 6%.

Визуально было видно, что макаронные изделия при варке не слипались между собой и поскольку содержащийся в них крахмал практически не переходил в воду, питательная ценность их при этом, несомненно, не ухудшалась.

Помимо перечисленного в процессе исследований было установлено также то, что в пределах указанных в заявляемом способе сушки макаронных изделий интервалов температурно-влажностных параметров рабочего процесса основные показатели эффективности последнего (такие как общее время сушки, количество испарившейся в ходе нее влаги и др.) имеют относительно небольшие разбросы, а потребительские качества - несущественные отклонения от нормы, обусловленные, в основном, различной номенклатурой подвергающихся сушке изделий, используемых для их приготовления исходных продуктов и рядом других факторов.

С другой стороны, проведенные исследования однозначно показали, что при выходе за границы данных интервалов температурно-влажностных параметров рабочего процесса потребительские качества макаронных изделий могут значительно ухудшиться. При этом на характер указанных изменений показателей качества существенное влияние может оказывать не только температура воздушной среды, но и ее относительная влажность. Так, например, при постоянной температуре воздуха 100°С и выходе относительной влажности его за нижнюю границу рабочего интервала (при значении ее порядка 30÷36%) высушенные изделия имели коричневую окраску, а в ряде случаев даже «подгорали».

При той же температуре воздуха, но величине относительной влажности его, выходящей за верхнюю границу рабочего интервала (при значении ее порядка 75÷85%), макаронные изделия слипались в один сплошной «пирог».

Результаты указанных исследований с учетом современных тенденций совершенствования данных технологий и оборудования для их осуществления собственно и были положены в основу заявляемого способа сушки макаронных изделий.

Учитывая достаточно высокую стабильность протекания рабочего процесса при соблюдении заданных режимов сушки, для пояснения особенностей использования (осуществления) заявляемого способа ниже по тексту приведен только один из примеров его реализации.

Пример осуществления заявляемого способа сушки макаронных изделий

Для сушки макаронных изделий «рожки гладкие» диаметром 3,5 мм в качестве исходного продукта была взята пшеничная мука высшего сорта, имеющая влажность 14,09%. Влажность приготовленного из нее теста составила 34,4%. Перед началом высокотемпературной сушки макаронные изделия предварительно прогревали посредством кратковременной, в течение 1,5 мин, гидротермической обработки паром, имеющим температуру 108°С и относительную влажность 48%. Затем прогретые таким образом макаронные изделия подвергали высокотемпературной сушке по двухстадийной схеме путем обдува их подогретым воздухом с использованием принудительной циркуляции его по замкнутому циклу в реверсивном режиме. Продолжительность каждой из указанных стадий составляла примерно половину (порядка 8,9 минуты) общего времени сушки. Температура воздуха на первой стадии составляла 108°С, а относительная влажность его - 48%. К концу указанной стадии из макаронных изделий было выпарено около 170 граммов влаги с 1 кг изделий.

На второй стадии сушки температуру и относительную влажность воздуха скачкообразно снизили соответственно до 98°С и 46%. К концу ее из макаронных изделий было выпарено около 160 граммов влаги на 1 кг изделий. При этом была достигнута необходимая потребительская влажность макаронных изделий, составляющая 12,5%. Суммарное количество выпаренной из макаронных изделий на обеих стадиях сушки влаги составило 330 граммов с 1 кг изделий. Общее время сушки составило порядка 19,3 минуты. Энергозатраты на 1 кг высушенных макаронных изделий не превышали 0,2 кВт. По окончании высокотемпературной сушки макаронные изделия были подвергнуты относительно непродолжительной, в течение 20÷25 мин, стабилизации путем обдува их теплым воздухом, имеющим пониженную (до 30÷35°С) температуру и равновесную (порядка 70÷75%) относительную влажность.

Сразу же после стабилизации макаронные изделия были охлаждены до температуры окружающей среды посредством принудительного обдува их атмосферным воздухом при скорости его порядка 1,0÷1,5 м/с. Высушенные макаронные изделия имели прекрасные потребительские качества, которые практически ничем не отличались от приведенных выше по тексту.

Как видно из данного примера, заявляемая технология сушки макаронных изделий относительно несложна в реализации и не требует чрезвычайно больших затрат для своего осуществления.

Она без каких либо затруднений может быть многократно воспроизведена по имеющейся на нее документации на соответствующем сушильном оборудовании.

В настоящее время предлагаемая технология и созданное ЗАО НПФ «ТЕКО» для ее осуществления сушильное оборудование прошли соответствующую сертификацию.

Имеется гигиенический сертификат и сертификат соответствия установленного образца.

Возможности получения при осуществлении данного изобретения вышеупомянутого технического результата, заключающегося в устранении недостатков известных аналогов и прототипа посредством соответствующей оптимизации технологии сушки макаронных изделий, обеспечивающей радикальное сокращение длительности рабочего процесса без ухудшения их потребительских качеств, подтверждается приведенными ЗАО НПФ «ТЕКО» специальными расчетно-теоретическими и экспериментальными работами, а также тем, что созданное данной фирмой по результатам указанных работ сушильное оборудование для реализации заявляемого способа рекомендовано к внедрению в серийное производство.

В целом предлагаемая технология сушки макаронных изделий по своей эффективности не уступает современным известным технологиям, созданным ведущими отечественными и зарубежными фирмами, а по ряду показателей, таких как продолжительность сушки, потребительские качества продукта, энергозатраты на сушку одного килограмма его массы и др., даже превосходит их.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ сушки макаронных изделий, преимущественно малой длины, предусматривающий предварительный прогрев их посредством кратковременной, в течение 1,5÷2,0 мин, гидротермической обработки паром, с последующим высокотемпературным воздействием на них путем обдува подогретым воздухом с использованием принудительной циркуляции его по замкнутому циклу и охлаждением изделий в конце сушки до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что паровую обработку изделий проводят при температуре пара 95÷120°С и сравнительно небольшой, порядка 45÷50%, относительной влажности его, а высокотемпературное воздействие на них - по двухстадийной схеме, предусматривающей на первой стадии, длящейся примерно половину общего времени сушки, составляющего порядка 18÷20 мин, обдув изделий в форсированном режиме, при идентичных по сравнению с паром температурно-влажностных параметрах воздуха, обеспечивающем максимально возможную скорость отдачи указанными изделиями содержащейся в них влаги, а на второй - некоторое замедление по отношению к первой скорости сушки посредством скачкообразного снижения температуры и относительной влажности воздуха соответственно до 90÷98°С и 43÷45% с продолжением сушки при таком режиме до приобретения изделиями потребительской влажности, после чего высушенные таким образом изделия подвергают относительно непродолжительной, в течение 20÷25 минут, стабилизации путем обдува их теплым воздухом, имеющим пониженную до 30÷35°С температуру и равновесную, порядка 70÷75%, относительную влажность, а проводимое за этим охлаждение изделий до температуры окружающей среды осуществляют обдувом их атмосферным воздухом.

2. Способ сушки макаронных изделий по п.1, отличающийся тем, что обдув изделий в процессе нее осуществляют в реверсивном режиме, при скорости воздуха порядка 1,0÷1,5 м/с.

Сырые макаронные изделия являются удобной средой для протекания различных биохимических и микробиологических процессов. Для предотвращения развития этих процессов изделия подвергают консервированию высушиванием до влажности не более 13 %.

Сушка макаронных изделий является наиболее длительной стадией процесса их производства. От режимов ее проведения во многом зависят такие показатели качества готовой продукции, как прочность, стекловидность в изломе, кислотность. Интенсивная сушка может привести к растрескиванию изделий; чрезмерно затянутая сушка на первой стадии удаления влаги, – к прокисанию, вспучиванию изделий; при сушке в слое – к образованию слитков, деформированию продукции.

Высушивание заканчивают по достижении изделиями влажности 13,5- 14 %, чтобы после остывания, перед упаковкой, влажность их составляла не более 13 %.

Конвективный способ сушки

Конвективный способ сушки основан на тепло- и влагообмене между высушиваемым материалом и нагретым сушильным воздухом, который обдувает изделия. Процесс сушки заключается в подводе влаги, находящейся внутри изделия к его поверхности, превращении влаги в пар и удалении пара с поверхности изделия. При этом сушильный воздух выполняет следующие основные функции:

а) отдает материалу энергию (теплоту), необходимую для превращения воды в пар;

б) поглощает испаряющийся с поверхности изделий пар;

в) отводит от изделия испарившийся пар.

Основными параметрами сушильного воздуха, определяющими скорость высушивания изделий, являются температура, относительная влажность и скорость движения. Чем выше температура сушильного воздуха, тем интенсивнее происходит испарение влаги с поверхности изделий; чем ниже относительная влажность воздуха, т.е. чем он «суше», тем интенсивнее он будет поглощать испаряющуюся влагу, и чем выше скорость движения воздуха над изделиями тем быстрее будет отводиться от них испарившаяся влага.

Перемещение влаги из внутренних слоев материала к наружным происходит под влиянием градиента влажности, т.е. разницы во влажностях слоев, возникающей в результате испарения влаги с поверхности материала и осушения наружных слоев. Градиент влажности направлен к центру высушиваемых изделий, т.е. в направлении, противоположном перемещению влаги. Величина его тем больше, чем интенсивнее происходит осушение наружных слоев. Явление перемещения влаги под влиянием градиента влажности называют влагопроводностью, или концентрационной диффузией.

При сушке макаронных изделий воздухом с определенными параметрами влажность высушиваемых изделий будет постепенно снижаться до определенной величины, называемой равновесной влажностью. Сушильному воздуху с определенными значениями параметров (температура, влажность) соответствует определенная равновесная влажность изделий, которая не снизится, сколько бы изделия ни обдувались этим воздухом.

Для правильного выбора режима сушки очень важно знать величины равновесной влажности макаронных изделий, которые определяются по кривым равновесной влажности.

Изменение свойств макаронных изделий при сушке

Особенностью сушки макаронных изделий является изменения их структурно-механических свойств и размеров. Во время сушки влажность продукта снижается от 29-30 % до 13-14 %, при этом происходит постепенное сокращение линейных и объемных размеров, усадка изделий составляет 6-8 %.

Сырые изделия, поступающие на сушку, являются пластичным материалом и сохраняют пластические свойства примерно до 20 %-ной влажности. При снижении влажности примерно от 20 до 16 % они постепенно утрачивают свойства пластичного материала и приобретают свойства, характерные для упругого материала. При такой влажности макаронные изделия являются упругопластичным телом.

Начиная примерно с 16 %-ной влажности, макаронные изделия становятся твердым упругим телом и сохраняют его свойства до конца сушки.

При мягких режимах сушки, т.е. медленном высушивании воздухом с низкой сушильной способностью, перепад по влажности между наружными и внутренними слоями невелик, так как влага из более влажных внутренних слоев успевает переместиться к подсушенным наружным слоям. Все слои изделий сокращаются приблизительно равномерно. Сушильная способность воздуха характеризуется количеством влаги, которое может поглотить 1 кг воздуха до полного его насыщения, т.е. до влажности 100 %.

При жестких режимах сушки, т.е. интенсивном высушивании воздухом с высокой сушильной способностью, перепад по влажности между наружными и центральными слоями достигает значительной величины вследствие того, что влага из внутренних слоев не успевает переместиться к наружным. Более сухие наружные слои стремятся сократить свою длину, чему препятствуют более влажные внутренние слои. На границе слоев возникают напряжения, называемые внутренними напряжениями сдвига, величина которых тем значительнее, чем интенсивнее удаляется влага с поверхности изделий и чем больше перепад во влажностях (градиент влажности).

Пока высушиваемые макаронные изделия сохраняют пластические свойства, возникающие внутренние напряжения сдвига рассасываются, т.е. изделия меняют свою форму под влиянием напряжений, не разрушаясь. Когда продукт приобретает свойства упругого тела, возникающие внутренние напряжения сдвига, если они превышают предельно допустимые, критические значения, приводят к разрушению изделий – появлению микротрещин, которые, в конечном счете, могут превратить изделия в крошку.

Таким образом, макаронные изделия можно высушивать при жестких режимах, не опасаясь появления в них трещин, до влажности 20 %. При достижении продуктом этой влажности во избежание растрескивания необходимо проводить высушивание при мягких режимах, медленно удаляя влагу. Особенно осторожно следует удалять влагу на последних этапах сушки по достижении изделиями влажности 16 % и ниже. Этот вывод находит практическое применение при сушке изделий в сушилках современных поточных линий, в которых процесс сушки разделен на два этапа – предварительная и окончательная сушка.

Режимы сушки изделий

Под термином режим сушки понимают совокупность параметров сушильного воздуха (температура, относительная влажность, скорость движения воздуха) и длительность сушки. Оптимальным режимом сушки определенного вида макаронных изделий считают такой режим, при котором получаются изделия нормального качества при наименьших продолжительности сушки и затрате энергии.

В настоящее время используют режимы конвективной сушки макаронных изделий:

традиционные низкотемпературные с температурой сушильного воздуха до 60 С;

высокотемпературные с температурой сушильного воздуха от 70 до 90 С;

сверхвысокотемпературные с температурой более 90 С.

Для сушки макаронных изделий наиболее распространены низкотемпературные режимы: с постоянной сушильной способностью, с изменяющейся сушильной способностью, трехстадийный.

Сушка с постоянной сушильной способностью воздуха. Высушивание изделий осуществляется в шкафных бескалориферных сушилках типа ВВП, «Диффузор» и 2ЦАГИ-700.

Кассеты, заполненные сырыми макаронами, укладывают либо на тележки, которые отвозят в сушильное отделение, где кассеты устанавливают на полки сушильных аппаратов, либо в шкафы-вагонетки, которые вплотную ставят к сушильным шкафам.

Кассеты на полках сушильных аппаратов или в вагонетках укладывают в несколько рядов по ширине и высоте.

Шкафные сушилки оборудуют вентиляционными установками. Сушка макарон осуществляется продувкой воздуха через макаронные трубки, лежащие в кассетах. Для сушки макарон используется воздух из цеха. Для равномерного высушивания периодически (через 1 ч) меняют направление движения воздуха на противоположное, переключая электродвигатель на работу в обратном направлении.

В сушильном цехе параметры воздуха при помощи приточно-вытяжной вентиляции поддерживаются на постоянном уровне, т.е. воздух имеет постоянную сушильную способность, а именно: температуру около 30 °С и относительную влажность 65-70 %. Воздух в цехе нагревается либо батареей радиаторов отопления, либо калорифером, через который нагнетается в цех свежий воздух взамен отсасываемого из цеха увлажненного отработанного воздуха. Продолжительность сушки составляет около 24 ч.

При сушке в лотковых кассетах макароны подвергаются обдувке воздухом с внутренней и наружной поверхности трубочек. Из-за неравномерного соприкосновения макарон между собой происходит неравномерное удаление влаги с их поверхности, а следовательно, неравномерная усадка изделий. Это приводит к искривлению изделий во время сушки, что значительно снижает их качество, увеличивает расход тары для упаковки. Соприкосновение трубочек в кассете и невозможность быстрого удаления влаги в начальной стадии сушки приводят к слипанию изделий, образованию слитков.

Недостатком данного способа сушки являются также большие затраты ручного труда и дискомфорт помещения (повышенные температура и влажность воздуха), в котором производится сушка.

Трехстадийный режим сушки. Режим состоит из трех стадий (предварительная сушка, отволаживание, окончательная сушка). Сушка длинных изделий подвесным способом. Сушка длинных макаронных изделий (вермишели и лапши разных видов, макарон соломка и особых) подвесным способом осуществляется в тоннельных сушилках (предварительной и окончательной) автоматизированных поточных линий Б6-ЛМГ, Б6-ЛМВ, ЛМБ и в линиях фирмы «Брайбанти». Развешенные на бастуны изделия медленно перемещаются в тоннелях сушилок, обдуваясь воздухом сверху вниз.

Назначение предварительной сушки – быстрое удаление влаги из сырых макаронных изделий на том этапе, пока они обладают пластическими свойствами. Основная цель этой стадии заключается в сокращении общей продолжительности сушки макаронных изделий. Быстрое снижение влажности изделий препятствует развитию различных микробиологических и биохимических процессов, в первую очередь прокисанию, вспучиванию и потемнению макаронных изделий.

Параметры сушильного воздуха в предварительной сушилке в зависимости от изделий составляют: температура 35-45 °С, относительная влажность воздуха 65-75 %. Влажность полуфабриката на стадии предварительного высушивания снижается до 20 %. Продолжительность предварительной сушки на этих линиях составляет около 3 ч.

Окончательные сушилки разделены по длине на зоны сушки и отволаживания.

В зонах отволаживания (вторая стадия) относительная влажность воздуха близка к насыщению (к 100 %), поэтому испарение влаги с поверхности изделий отсутствует. В этих зонах происходит выравнивание температуры и влажности продукта по всем внутренним слоям: медленная миграция влаги внутри изделий к поверхности, откуда была удалена влага во время нахождения изделий в предыдущей зоне сушки. При этом рассасываются внутренние напряжения сдвига, возникшие в результате этого удаления.

В зонах сушки (третья стадия) установлены вентиляторы и калориферы, при помощи которых сушильный воздух нагревается и обдувает изделия, висящие на бастунах. Температура воздуха в зонах окончательной сушки составляет, как и в предварительной сушилке, 35-45 °С, а относительная влажность воздуха несколько выше – 70-85 %.

Бастуны с изделиями, пересекают поочередно зоны сушки и зоны отволаживания. Таким образом, удаление влаги из продукта производится ступенчато, т.е. периоды сушки чередуются с периодами отволаживания. В результате так называемого пульсирующего режима сушки получаются прочные изделия со стекловидным изломом.

Продолжительность окончательной сушки продукции зависит от ассортимента и в среднем составляет от 11 до 15 ч. Выходящие из камеры окончательной сушилки изделия, имеющие влажность 13,5-14 %, направляются на остывание в камеру стабилизации.

Сушка коротких изделий в сушилках автоматических поточных линий. Сушка коротких (короткорезаных и штампованных) изделий в сушилках (предварительной и окончательной) автоматических поточных линий производится в три этапа. Стадиям предварительной и окончательной сушки предшествует стадия первичной подсушки. Она осуществляется в установках (трабатто), где сырые изделия совершают «прыгающие» движения, обдуваясь 2-3 мин. горячим воздухом. На поверхности изделий образуется подсушенный слой, предотвращающая слипание их во время последующего высушивания «в слое» на лентах конвейерных сушилок.

Сушка с изменяющейся способностью воздуха. Сушка коротких изделий в паровых конвейерных сушилках. Сырые изделия распределяются раскладчиком на ленту верхнего транспортера сушилки, медленно перемещаются в противоположную сторону, ссыпаются на ленту следующего транспортера и так далее – до нижнего транспортера, которым подаются на выгрузку.

Слои изделий, лежащие на лентах транспортеров, пронизываются сушильным воздухом, который засасывается в днище и выбрасывается в верхней части сушилки. Свежий воздух подогревается нижним калорифером до температуры 50-60 °С и относительной влажности 15-20 %. Затем подогретый сушильный воздух проходит через слой изделий, лежащий на нижнем транспортере, отдает им часть теплоты и увлажняется. Пройдя через второй калорифер, воздух снова нагревается примерно до той же температуры, проходит слой изделий, лежащий на ленте второго транспортера, и так далее – до верхнего транспортера. Параметры отработанного сушильного воздуха на выходе из сушилки примерно следующие: температура 40-50 °С, относительная влажность 50-60 %. Такой режим сушки называют режимом с повышающейся сушильной способностью воздуха: по мере высыхания изделия обдуваются более сухим воздухом.

Продолжительность сушки изделий (до влажности 13,5-14 %) составляет в зависимости от ассортимента от 30 (для вермишели и суповых засыпок) до 90 мин (для крупных фигурных изделии).

Применение таких жестких режимов сушки часто приводит к образованию трещин на поверхности высушиваемых изделий, особенно трубчатых (перьев, рожков) и фигурных (ракушек и т.п.). Преимущества этого режима: большая производительность этих сушилок при небольших габаритных размерах, а также относительная простота их обслуживания и надежность в работе.

Высокотемпературная сушка . Этот режим по сравнению с традиционным позволяет снизить затраты энергии и уменьшить производственные площади на единицу вырабатываемой продукции, сократить продолжительность сушки в среднем на 40-50 % и при правильно подобранных режимах сушки улучшить качество макаронных изделий (цвет и варочные свойства) и их микробиологическое состояние.

Высокотемпературная сушка может осуществляться в обычных сушилках поточных линий, при этом либо увеличивается производительность линии путем включения в ее состав более мощных прессов и увеличения скорости движения транспортеров сушилок, либо сокращается длина сушилок линии с сохранением ее производительности.

При разработке режимов высокотемпературной сушки макаронных изделий необходимо исходить из следующих основных предпосылок:

процесс сушки должен осуществляться в две основные стадии: предварительная и окончательная сушка;

температура сушильного воздуха должна быть (на одной из стадий) в пределах 60-90 °С. Использование такого интервала обусловлено тем, что 60 °С – минимальный предел для полной пастеризации макаронных изделий, а 90 °С – температура, при которой возникает вероятность протекания реакции меланоидинообразования Майяра (неферментативное потемнение продукта);

сушка изделий должна осуществляться при высокой относительной влажности воздуха с тем, чтобы избежать чрезмерного удаления влаги с поверхностных слоев изделий и возникновения опасных величин напряжений сдвига между внутренними слоями изделий, которые могут привести к растрескиванию продукта, превращение его в лом.

Сверхвысокотемпературная сушка. В настоящее время все ведущие фирмы отрасли «Паван», «Бюлер», «Бассано» производят линии для производства коротких макаронных изделий с режимом сверхвысокотемпературной сушки. Для этих режимов характерно использование сушильного воздуха с температурой более 90 С и относительной влажностью около 90 %, проведение сушки в 3 этапа. Достоинствами сверхвысокотемпературные режимов сушки являются: сокращение процесса сушки за счет ускорения массообмена; улучшение микробиологического состояния продукции и санитарно-гигиенических условий производства; улучшение качества, варочных свойств изделий, что особенно важно при переработки муки из мягких пшениц; сокращение расхода энергии на 10-15 % и уменьшение производственных площадей на единицу продукции.

Сушка с предварительной термической обработкой сырых изделий . Термообработка изделий перед сушкой может значительно сократить процесс их обезвоживания, поскольку позволит применить жесткие режимы сушки без опасения появления трещин. Это объясняется тепловой денатурацией белков и частичной клейстеризацией крахмала, что ведет к снижению энергии связи этих компонентов с влагой.

Назаровым предложен способ обработки сырых длинных макарон паровоздушной смесью температурой 95-98 °С и относительной влажностью 95 % в течение 2 мин, а короткорезаных изделий – сухим паром температурой 120-180 °С в течение 30 с с последующей сушкой продукта при жестких режимах.

Охлаждение изделий

Макаронная продукция, выходящая из сушилки имеет обычно повышенную температуру, равную температуре сушильного воздуха. Перед упаковкой ее необходимо охладить до температуры упаковочного отделения. При медленном охлаждении происходит стабилизация изделий: окончательно выравнивается влажность по всей толщине изделий, рассасываются внутренние напряжения сдвига, оставшиеся после сушки, а также некоторое снижение массы остывающих изделий за счет испарения 0,5-1 % влаги из них.

Минимальная продолжительность стабилизации составляет 4 ч, при этом изделия омываются воздухом температурой 25-30 °С и относительной влажностью 60-65 %.

Быстрое охлаждение высушенных изделий интенсивной обдувкой в охладителях различных конструкций или остывание их на ленточных транспортерах при подаче на упаковку нежелательно. Высушенные изделия за короткое время (около 5 мин) успевают охладиться до температуры цеха и последующей усушки их после упаковки не происходит, однако за короткий промежуток времени внутренние напряжения сдвига не только не успевают исчезнуть, но и увеличиваются, и если изделия были подвергнуты чрезмерно интенсивной сушке, растрескивание их и превращение в крошку может произойти уже после упаковки. В современных автоматизированных поточных линиях камеры стабилизации одновременно выполняют роль накопителей: в них накапливаются изделия, выработанные в ночную смену, что позволяет организовать упаковку изделий только в дневную и вечернюю смену.

Сушка - один из способов консервирования макаронного теста, состоящего из гидрофильных полимерных веществ. Если не удалить из него влагу, то будут развиваться микробиологические, биохимические и другие процессы, которые быстро приведут к порче продукта.

Макаронное тесто при высушивании крайне медленно отдает влагу. Для управления процессом обезвоживания необходимо учитывать всю совокупность свойств макаронного теста, помня, что основная задача технологии сушки заключается в получении продукта высокого качества при минимальных затратах энергии и труда.

Сушка макаронных изделий так же, как сушка любых других капиллярно- пористых материалов, протекает в два периода. Первый характеризуется постоянной скоростью и обусловлен интенсивным удалением влаги, менее прочно связанной с крахмалом. Во второй период, характеризующийся убывающей скоростью сушки, происходит обезвоживание белковой части изделий, которая более прочно, чем крахмал, удерживает влагу.

Свойства макаронных изделий как объекта сушки. Сырые макаронные изделия поступают на сушку при влажности 30-32,5%. По классификации П. А. Ребиндера сырые макаронные изделия, прошедшие стадию прессования, относятся к коагуляционным структурам, для которых характерно наличие упругого каркаса, образованного силами межмолекулярного сцепления белковых молекул. Подобные структуры обнаруживают пластичность, эластичность и тиксотропные свойства. При обезвоживании коагуляционные структуры постепенно утрачивают пластические свойства; одновременно нарастает их упругость, в результате чего структура упрочняется, а к концу сушки они становятся твердым хрупким телом.

Макаронные изделия при сушке до определенного предела сохраняют свойства пластичности, а начиная от влажности 25-20% упругие свойства постепенно перекрывают пластические.

Кинетика обезвоживания макаронного теста характеризуется исключительно-замедленной миграцией влаги в толще изделия. Благодаря этому смена пластических деформаций упругими идет крайне неравномерно: на подсушенной поверхности упругие деформации могут достигнуть предельной величины, в то время как глубинные слои остаются пластичными. Конечный результат структурных изменений при сушке - уменьшение объема и линейных размеров изделий.

Таким образом, у макаронного теста при сушке наиболее ярко проявляются следующие свойства:

линейная и объемная усадка, которые при нещадящих режимах сушки и большой неравномерности поля влажности могут вызывать растрескивание и искривление изделий. Способность к растрескиванию и искривлению изделий сохраняется и после сушки;

низкая влагопроводность, вызывающая отставание внутреннего переноса влаги от влагоотдачи в окружающую среду и обусловливающая неравномерность поля влажности;

тепловая денатурация белков и частичная клейстеризация крахмала при высоких температурах (сушилка ВИС- 2), приводящие к снижению прочности и ухудшению цвета изделий;

две формы связи влаги: адсорбционная и осмотическая, причем адсорбционно связанная влага перемещается в виде пара, остальная в виде жидкости;

более прочное удерживание влаги белками теста по сравнению с гигроскопическим крахмалом в связи с большей гидрофильностью белков. В первый период сушки обезвоживание идет более интенсивно благодаря тому, что в первую очередь влагу теряет крахмал.

Режимы конвективной сушки макаронных изделий . Под термином «режим сушки» понимают совокупность "параметров сушильного воздуха (температура, влажность, скорость), длительности сушки, наличия периодов сушки и отволаживания, их продолжительности и частоты чередования.

Режимы сушки, применяемые в макаронной промышленности, разнообразны. При выборе режима необходимо считаться с указанными выше технологическими свойствами макаронного теста. Во избежание искривления и растрескивания изделия следует стремиться к равномерной его сушке как по сечению, так и по длине. Идеальный режим такой, при котором внутренний массоперенос влаги не будет отставать от влагоотдачи с поверхности изделий. Осуществить такой режим сложно, поскольку при сушке в массе сушимых изделий образуется значительный градиент влажности, при котором подвод влаги из глубинных слоев отстает от ее испарения с поверхности изделия. Поэтому очень важно поддерживать такую величину градиента, при которой интенсивность сушки была бы оптимальной.

В начальной стадии сушки градиент влажности минимален, а в дальнейшем величина его возрастает. Из этого следует, что на первом этапе сушки возможны жесткие режимы, а на последующих - щадящие.

По отношению к макаронному тесту применимо следующее правило: пока оно пластично, его можно сушить быстро (напряжения и обусловливаемое ими растрескивание могут не наблюдаться, даже если разница в содержании влаги в центре и на поверхности значительна).

Для макаронных изделий наиболее широко распространены два режима сушки :

трехстадийный или пульсирующий режим ;

непрерывный, при постоянной сушильной способности воздуха .

В каждом режиме основная цель- не допустить возникновения опасных для растрескивания изделий больших градиентов влажности.

Трехстадийный режим, судя по названию, состоит из трех этапов. Первая стадия - предварительная сушка . Ее цель - стабилизация формы сырых изделий, предотвращение их закисания, плесневения и вытягивания. Подсушка длится от 30 мин до 2 ч и ведется при сравнительно жестких режимах. В течение этого времени удаляется от одной трети до половины влаги от того количества, которое должно быть удалено из макаронных изделий. Такое интенсивное обезвоживание за сравнительно короткое время возможно только на первом этапе сушки, когда макароны еще пластичны и не возникает опасности растрескивания.

Вторая стадия называется отволаживанием . Повышением относительной влажности воздуха добиваются размягчения корочки - увлажнения поверхностного слоя, в результате которого снижается градиент влажности и рассасываются возникшие напряжения. Этот процесс лучше проводить при сравнительно высоких температурах и относительной влажности воздуха, при которых скорость диффузии влаги увеличивается, а продолжительность отволаживания сокращается.

Третья стадия - окончательная сушка - проводится при мягком режиме, поскольку изделия находятся в области упругих деформаций. В этот период скорость испарения влаги с поверхности должна быть соизмерима со скоростью ее подвода из внутренних слоев к наружным. На этом этапе сушка обычно чередуется с отволаживанием.

В некотором приближении с этим режимом сходен метод сушки трубчатых изделий в кассетах в бескалориферных сушилках. Вентилятор приводится в движение реверсивным способом. С помощью реле времени электродвигатель периодически изменяет вращение вентилятора на противоположное. Сушка осуществляется по циклу: 1) прямое направление продувки воздуха; 2) краткая остановка двигателя, соответствующая стадии отволажива- ния; 3) обратное направление продувки. Весь цикл длится 30-40 мин, причем продолжительность всего цикла и его отдельных фаз может регулироваться при помощи того же реле времени.

Непрерывная сушка при постоянной сушильной способности воздуха (режим второго типа) предельно проста в отношении регулирования параметров воздуха и процесса в целом. При таком режиме параметры воздуха на входе в сушилку остаются от начала до окончания сушки примерно постоянными.

Крупный недостаток этого режима заключается в том, что сушку приходится вести при высокой сушильной способности воздуха. Такой режим можно применить для изделий, самых стойких к деформации: короткореза- ных и суповых засыпок. Сушка их происходит в более короткий срок, чем длиннотрубчатых; размеры меньше. Они лучше поддаются всесторонней обдувке воздухом благодаря пересыпанию. И тем не менее, короткорезаные изделия желательно сушить при мягком режиме, поскольку структурно- механические свойства теста и для этих изделий остаются теми же.

Новый способ сушки макарон. Способ разработан в Московском технологическом институте пищевой промышленности Е. Н. Калошиной и Г. В. Цивцивадзе под руководством Н. И. Назарова. Сущность метода состоит в особой предварительной подготовке этих трудно высушиваемых изделий: в процессе сушки вводится новая простая технологическая операция - ошпарка изделий паровоздушной смесью-гигротермическая обработка.

До сих пор задачу интенсификации сушки капиллярнопористых коллоидных материалов, к которым относятся и макароны, решали путем повышения сушильной способности воздуха. Для макаронных изделий этот путь оказался неэффективным. Авторы метода пошли по другому пути-изменению свойств макарон как объекта сушки. После гигротермической обработки изделия подвергаются сушке при жестком режиме и кондиционированию в конце обезвоживания, что обеспечивает релаксацию внутренних напряжений в готовых продуктах. Гигротермическая обработка изделий перед сушкой значительно сокращает длительность сушки, так как существенно изменяет их реологические и физико-химические свойства, вследствие чего изделия становятся способными воспринимать жесткие режимы обезвоживания, не подвергаясь растрескиванию. При этой обработке протекают два взаимосвязанных процесса: тепловая денатурация белков клейковины и модификация крахмала, которая в условиях дефицита влаги не переходит границу клейстеризации первого рода. Оба процесса ведут к снижению гидратации влаги белками теста и к упрочнению его структуры.

Исследованиями показано, что гидротермическая обработка вызывает снижение в 2 раза коэффициентов линейной и объемной усадки и увеличение во столько же раз коэффициента трещинообразования (так называемый критерий Кирпичева), в 2-3 раза возрастают показатели прочности готовых изделий. Эта тепловая обработка в сочетании с другими технологическими приемами позволяет сократить длительность сушки трубчатых изделий с 20-24 ч до 8-10 ч и одновременно улучшить совокупность биохимических и технологических качеств готовых изделий: прочность, структуру излома, цвет, внешний вид, кулинарные свойства. Длительность разваривания изделий сократилась в два раза.

гигротермообработки- температура и относительная влажность паровоздушной смеси соответственно 100°С и 98%; длительность - 2 мин;

сушки - температура и относительная влажность сушильного агента соответственно 60-70°С и 70-80%; скорость воздуха 1,0-1,5 м/с;

кондиционирования (стабилизации)- температура и относительная влажность паровоздушной смеси соответственно 90-100°С и 98%; длительность - 1 мин.

Промышленная сушка макаронных изделий. В отечественной и зарубежной промышленности применяется только конвективная атмосферная сушка макаронных изделий. Аппараты и установки, в которых осуществляется" сушка, подразделяются на две группы: конвейерные непрерывно действующие и периодические.

Группу немеханизированных установок составляют два типа сушилок: камерные и шкафные. В СССР распространены последние.

Шкафные сушилки пришли на смену камерным и явились результатом их развития. Все шкафные сушилки характеризуются малой вместимостью, позволяющей вести в определенный момент сушку изделий одного сорта. Изделия, предназначенные для сушки загружаются в передвижные вагонетки, которые затем подаются в сушильную установку. В шкафных сушилках можно осуществлять сушку трубчатых изделий в кассетах и в подвесном состоянии, короткорезаных изделий - россыпью; лапши и вермишели - на рамках и в подвесном состоянии - на бастунах.

Встречается в основном два типа шкафных сушилок: без подогрева воздуха и с подогревом воздуха (калориферные). Первые используются для сушки трубчатых изделий и подвесной сушки, вторые - для сушки коротко- резаных изделий. В связи с широким внедрением непрерывно действующих конвейерных сушилок калориферные установки шкафного типа у нас в настоящее время не производятся, но на фабриках они еще эксплуатируются.

В качестве примера на рис. 1 приведена схема шкафной сушилки ВВП, которая еще широко распространена на наших макаронных фабриках.

Рис. 1. Схема сушилки ВВП:

1 - сушильная камера; 2-кассеты; 3 - кожух вентилятора; 4 - обводной распределительный канал; 5 - вентилятор ЦАГИ-700 на валу электродвигателя.

Сушилка ВВП выполнена из дерева: каркас брусчатый, обшивка фанерная. Сторона с фронта шкафа открыта для загрузки кассет или рамок. Правильная установка кассет или рамок обеспечивается ограничительными планками. На потолке шкафа размещен электродвигатель (мощность 1 кВт, частота вращения 1400 об/мин) с насаженным на его вал крыльчатым вентилятором 5. Электродвигатель реверсивный; колесо вентилятора помещено в патрубке, через который воздух направляется в обводной распределительный канал 4, образованный задней стенкой шкафа и кассетами или рамками с сушильными изделиями. Реверсирование осуществляется автоматически через каждые 30-60 мин, в зависимости от ассортимента высушиваемого изделия.

Шкаф рассчитан на 190 сдвоенных кассет длиной 500 мм, шириной 365 мм и высотой 45 мм. По ширине аппарата помещается три ряда кассет, по длине - два, а по высоте - 40 рядов. Когда эти аппараты использовались для сушки короткорезаных изделий, в них помещалось 80 рамок размером 1100X700X45 мм. Вместимость аппарата 600 кг (по готовым макаронам).

Сушилка ВВП имеет модель ВВП-1, отличающуюся размерами. Вместимость сушильного шкафа 300 кг (120 кассет). Сушилки ВВП обычно устанавливаются блоками по две по фронту и в два ряда впритык к задним стенкам; таким образом, в блоке 4 шкафа. Шкафы по фронту образуют коридоры сушильного цеха, по которым обеспечивается свободное встречное передвижение загруженных и порожних вагонеток.

Непрерывно действующие автоматизированные сушилки в отечественной и зарубежной макаронной промышленности применяются для сушки длиннотрубчатых изделий в подвесном состоянии на бастунах и короткорезаных и штампованных изделий на ленточных транспортерах. Французская фирма «Боссано» выпускает туннельные сушилки, в которых трубчатые изделия типа макарон сушатся во вращающихся кассетах. Две такие линии будут установлены на макаронных фабриках СССР.

Тоннельные сушилки подвесной сушки, изготовляемые Ростовским-на-Дону машиностроительным заводом, входят в состав поточных линий ЛМБ, ЛМВ и ЛМГ, различающихся суточной производительностью прессов и сушильных установок. Линии ЛМБ имеют производительность 500 кг/ч, ЛМГ -1000 кг/ч. В состав поточной линии ЛМГ входит сушильная установка, показанная на рисунке в разделе технолгическая схема производства макаронных изделий:

камеры предварительной (2) и окончательной (5) сушки.

Камера предварительной сушки представляет собой туннель из стального каркаса, обшитого дюралевыми щитами. Вдоль туннеля проходит цепной транспортер, несущий бастуны с сырыми изделиями. В этой камере влажность изделий снижается на 5- 6%, благодаря чему они становятся более упругими, не обрываются и не вытягиваются.

После предварительной сушки изделия поступают в камеру окончательной сушки, состоящую из стального каркаса, обшитого дюралевыми щитами, огражденную теплоизоляционными прокладками. Из камеры окончательной сушки изделия тем же конвейером передаются в стабилизатор-накопитель для охлаждения.

Для сушки короткорезаных макаронных изделий применяются сетчато-ленточные сушилки. На рис. 2 приведена схема сушилки этого типа, которая относится к атмосферным сушилкам с циркуляцией воздуха, нагреваемого непосредственно в сушильной камере. В камере расположено четыре ленты общей площадью 80 м2. Распределительно-приемным устройством сырые изделия загружаются на верхнюю ленту, с помощью которой перемещаются вдоль верхней зоны сушилки, затем они ссыпаются на вторую ленту, со второй на третью и т. д. С последней, четвертой, ленты в готовом виде изделия передаются в охладитель-накопитель.

Движение продукта показано на рисунке стрелками.

Каждая сетчатая лента выполнена из проволоки, сделанной из нержавеющей стали, размерами 20Х200Х Х2000 мм и живым сечением около 56%.

Ленты натянуты на два барабана, один из которых является приводным, другой - натяжным, и поддерживаются роликами. Привод у лент индивидуальный, снабжен дисковым вариатором, позволяющим изменять их скорость от 0,14 до 1 м/мин, т. е. более чем в 7 раз.

В сушильной камере четыре зоны - по числу лент. В пространстве между ветвями лент расположены ребристые паровые калориферы.

Сушильная камера работает под разрежением, создаваемым вытяжной трубой, основание которой заканчивается вытяжным зонтом сечением снизу 10х2 м, сверху 3х2 м и высотой 3,4 м. Высота трубы 10 м. В камере имеются резервные вытяжные вентиляторы, с помощью которых в случае необходимости можно усилить рециркуляцию отработавшего воздуха. Из помещения цеха воздух засасывается через вентиляционные окна нижней зоны, последовательно проходит, начиная снизу, все четыре зоны, причем перед обдувкой очередного слоя изделий он подогревается в калориферах. Из верхней зоны воздух через вытяжной зонт и трубу выбрасывается наружу или частично по отводному каналу возвращается на рециркуляцию в первую зону.

После реконструкции сушилка КСА- 80 обслуживает три пресса ЛПЛ-2М.

Загрузка верхней ленты значительна, однако опасности слипания и искривления изделий нет, поскольку скорость верхней ленты доведена до 1600 мм/мин и температура воздуха в этой зоне - до 58-60°С (вместо 45- 55°С).

Второй сверху ленте задана скорость 830 мм/мин. Снижение скорости вызвало почти двукратное увеличение толщины слоя, но для второй зоны такое увеличение не опасно, так как изделия здесь уже подсохшие. Третья лента движется еще медленнее - со скоростью 770 мм/мин; слой продукта достигает максимальной толщины (60- 70 мм). Одновременно повышается температура воздуха до 68°С. В этой зоне в основном заканчивается сушка, влажность изделий близка к стандартной. В четвертой зоне (скорость ленты 770 мм/мин) поддерживается температура воздуха 38-42°С.

Недостатком сушилки КСА-80 является совмещение у ее переднего фронта загрузки сырых и выгрузки готовых изделий, что нарушает линейность потока, делая его тупиковым.

Рационализаторы Уфимской макаронной фабрики изменили способ загрузки сушилки. Они стали загружать сырыми изделиями одновременно первую и вторую ленты (сверху). Направление движения лент, кроме первой сверху, меняется на противоположное, благодаря чему производственный поток выравнивается, тупик ликвидируется.

Скорость первой и второй лент 430 мм/мин; температура воздуха в обеих зонах 58-60°С. Загрузка лент осуществляется с помощью несложной распределительной гребенки, установленной по всей ширине верхней ленты с наклоном в 45°. Попадая на зубья гребенки, изделия частично проваливаются в просветы между ними на первую ленту, а остальные соскальзывают по наклонной плоскости на вторую ленту.

Подсушенные изделия с обеих лент ссыпаются на третью ветвь, которая движется с некоторым опережением (450 мм/мин). Температура воздуха в третьей зоне 66-68°С.

Четвертая лента имеет скорость 380 мм/мин, температура воздуха в зоне 56-68°С. На реконструированной линии введен жесткий режим сушки, применимый для лапши и вермишели. Предварительная подсушка изделий на стадии резки и распределение их тонким слоем на двух первых лентах позволяет в первый период добиться более или менее равномерной сушки без коробления продукции. На Уфимской макаронной фабрике на этой линии вырабатывают рожки.