Изменение свойств макаронных изделий в процессе сушки, стабилизации и охлаждения. Современные проблемы науки и образования Система подготовки воды

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.

Макаронное тесто является хорошей средой для протекания микробиологических и биохимических процессов. Для их пред­отвращения тесто высушивают до влажности 13,5-14%, чтобы после охлаждения их влажность составляла не более 13%. Сушка является наиболее длительной стадией процесса произ­водства макаронных изделий. От правильности ее проведения зависят такие показатели качества готового продукта, как проч­ность, кислотность, стекловидиость в изломе. Очень интенсив - пая сушка может привести к растрескиванию изделий, чрезмер­но длительная, а также недосушка - к их закисанню.

Сушка макаронных изделий осуществляется конвективным способом, который основан па тепло - и влагообмене между вы­сушиваемым материалом и нагретым воздухом. Процесс сушки заключается в подводе влаги от внутренних слоев изделия к наружным, превращении ее в пар и удалении пара с поверх­ности за счет нагретого сушильного воздуха. Количество влаги, которое может поглотить 1 кг воздуха до состояния полного его насыщения, называется сушильной способностью воздуха.

Чем выше температура, скорость движения воздуха и ниже егої относительная влажность, тем выше его сушильная способность; и тем быстрее протекает процесс сушки.

Макаронное тесто при сушке проявляет некоторые особен­ности, обусловленные характером поглощения влаги тестом при его замесе. Поскольку тесто готовят с низкой влажностью, свободной влаги в нем нет, она полностью связана белками и крахмалом (причем белки удерживают ее прочнее, чем крах­мал). Поэтому процесс сушки протекает в два этапа: на пер­вом при постоянной скорости сушки происходит более быстрое удаление влаги, связанной крахмалом, на втором при убываю­щей скорости сушки происходит медленное обезвоживание белков.

Влага внутри макаронного теста перемещается от более нагретых наружных слоев к менее нагретым внутренним (явле­ние термовлагопроводности). За счет разной влажности этих слоев, возникающей в результате испарения влаги с поверхно­сти материала и быстрого осушивапия, происходит перераспре­деление влаги от более влажных внутренних слоев к наружным (явление влагопроводности). Основное движение влаги внутри полуфабриката происходит за счет влагопроводности. Таким образом, влага внутри теста перемещается в противоположных направлениях, что замедляет процесс сушки.

По мере испарения влаги в изделиях происходит их усадка на 6-8%. Наружные слои высыхают быстрее и стремятся уменьшить размеры, а внутренние, в которых влажность какое - то время больше, - сохранить их. В изделиях возникают внут­ренние напряжения сдвига. В начальный период сушки, пока влажность продукта превышает 20%, тесто обладает пластич­ными свойствами, ослабляющими внутренние напряжения сдвига. В результате изделия меняют свою форму, уменьшаясь в размерах, но не разрушаясь. В дальнейшем, по мере сниже­ния влажности с 20 до 16%, изделия постепенно утрачивают свойства пластичного материала и приобретают упругие свойст­ва, т. е. они становятся упругопластичным телом. При этом, если внутренние напряжения сдвига превысят предельно до­пустимые значения, то появляются микротрещины, которые могут привести к лому изделий и крошению. На конечном эта­пе сушки, когда влажность снижается с 16 до 13,5%, изделия ведут себя как упругохрупкие тела, и малейшая усадка ведет к их растрескиванию.

Идеальным режимом сушки является такой, при котором внутренний массоперенос влаги не будет отставать от влагоот­дачи с поверхности изделий. Однако осуществить такой режим сложно, так как процесс сушки чрезмерно замедляется, что мо­жет вызвать закисание продукта. Для ускорения процесса суш­ки и получения изделий хорошего качества в начальный период (при влажности теста до 20%) их сушат при жестких режимах, т. е. при интенсивной обдувке воздухом с высокой сушильной способностью. Затем, во избежание растрескивания, высушива­ние ведут при мягких режимах, когда влага медленно удаля­ется воздухом с низкой сушильной способностью. Особенно осторожно надо вести этот процесс на последних этапах сушки, когда влажность изделий ниже 16%. Практически эти условия осуществляются при сушке изделий в сушилках поточных линий, где процесс разделен на два этапа - предварительную и окон­чательную сушку.

В зависимости от сушильной способности воздуха для сушки макаронных изделий применяют следующие режимы: трехста - дийный, или пульсирующий; сушка воздухом, с постоянной су­шильной способностью; сушка воздухом с изменяющейся су­шильной способностью и сушка с предварительной термообра­боткой сырых изделий.

Трехстадийный режим сушки состоит из следующих этапов: предварительная сушка, отволаживание и окончательная сушка. Предварительная сушка длится от 30 мин до 2 ч. В течение ітого времени испаряется от "/з До "/г влаги, которую необходи­мо удалить из изделий. Процесс ведут при жестких режимах, гак как тесто пластично и нет опасности растрескивания. Цель этой стадии - ускорить сушку, стабилизировать форму сырых изделий, предотвратить их вытягивание, плесневение и заки - сание.

Тесто, выходящее из камеры предварительной сушки, долж­но иметь влажность не ниже 20%- Образовавшаяся на поверх­ности корочка может вызвать растрескивание продукта при дальнейшей сушке. Для размягчения корочки изделия направ­ляют на отволаживание - обдувку горячим воздухом с относи­тельной влажностью 90-100%. При этом испарения влаги с поверхности практически не происходит, а подведенное тепло расходуется на прогрев изделий, выравнивание влажности во внутренних и наружных слоях макаронной трубки.

Окончательную сушку ведут при мягких режимах, так как изделия приобретают упругие свойства, и скорость испарения влаги с их поверхности должна быть соизмерима со скоростью ее подвода из внутренних слоев к наружным. На этом этапе последовательно чередуют процессы сушки и отволаживания, причем отношение продолжительности сушки к времени отво­лаживания составляет примерно 1: 2,5.

Подобный способ применяется для сушки длинных изделий а подвесном состоянии в автоматических поточных липнях ЛМБ, Б6-ЛМВ, Б6-ЛМГ и в линиях зарубежных фирм («Брай - банти», «Паван» и др.). Все эти линии состоят из пресса, само­развеса, сушилок для предварительной и окончательной сушки, камеры стабилизации и установки для съема изделий с басту - нов. Развешанные на бастуны изделия медленно перемещаются" в туннелях сушилок и обдуваются воздухом. Параметры су­шильного воздуха в предварительной сушилке зависят от вида изделий (температура 35-45°С, относительная влажность 65 - 75%). Окончательная сушилка представляет собой тоннель, разделенный по длине на зоны сушки и зоны отволаживания. В зонах сушки установлены калориферы для подогрева воздуха и вентиляторы. Температура воздуха в зонах окончательной су­шилки 35-45°С, относительная влажность 70-85%. По высоте тоннель окончательной сушилки разделен на несколько ярусов, по которым последовательно проходят бастуны с изделиями, пересекая поочередно зоны сушки и зоны отволаживания. і

Способ сушки воздухом с постоянной сушильной способ! ностью предусматривает примерное постоянство параметром воздуха от начала до окончания сушки. Недостатком его явля-1 ется необходимость вести сушку при высокой сушильной СПО-1 собиости воздуха, что может привести к растрескиванию изде-і лий. Однако этот способ широко применяется па фабриках для" сушки макарон в кассетах в бескалориферных сушилках типа^ ВВП, «Диффузор», 2ЦАГИ-700, поскольку он не требует доро-J гостоящето и больших производственных плота-] дей. Кассеты, заполненные макаронами, укладываются в не; сколько рядов по ширине и высоте на вагонетки, которые вплот> ную ставят к сушильным шкафам. Сушка ведется путе» продувки через макаронные трубки воздуха, забираемого и! цеха. При помощи приточно-вытяжной параметра воздуха поддерживаются на постоянном уровне. Продолжи тельпость сушки 20-24 ч. Для равномерного высушиванш направление воздуха меняют каждый час па противоположное Сушка с изменяющейся сушильной способностью воздух) применяется в современных ленточных конвейерных паровы; сушилках непрерывного действия, используемых для сушки ко роткорезаных изделий (типа ПКС-20, ПКС-40, КСА-80," СПК-ЗС СПК-45, СПК-90). Сушилки представляют собой камеру, внут ри которой один над другим располагаются четыре или пят транспортеров с изделиями, движущихся в противоположны; направлениях. При этом продукт последовательно пересыпаете с верхних лент на нижние и обдувается воздухом, нагрева^ мым в калорифере. Продолжительность сушки 30-90 мин в з^ висимости от размеров изделий. Свежий воздух подогревает^ нижним калорифером до 50-60°С и имеет отпосительну1 влажность 15-20%. Проходя через слой изделий на нижнє лепте, воздух отдает часть тепла и увлажняется. Поднимала вверх, он подогревается вторым калорифером до той же тем пературы, проходит слой изделий на второй лепте и т. д. В ре зультате на выходе из сушилки его температура достигает 40-і 50°С, а относительная влажность - 50-60%, т. е. сушка ведет ся воздухом с меняющейся сушильной способностью. Для смягчения режима сушки и повышения качества изделий уста­навливают последовательно две сушилки. Первая выполняет роль предварительной, вторая - окончательной. Общая продол­жительность сушки і-3 ч, в том числе в предварительной ка­мере 0,5 ч. Аналогичный режим используется в автоматических поточных линиях для сушки коротких изделий, в которых кроме предварительной и окончательной сушилок имеется установка для первичной подсушки (трабатто). Эта установка представ­ляет собой ряд рамок, совершающих возвратно-поступательное движение, что обеспечивает последовательное перемещение сырых изделий с верхних рамок па нижние. При этом они об­дуваются горячим воздухом и за 2-3 мин теряют 1,5-2,5% влаги. На поверхности сырых изделий образуется корочка, предотвращающая их слипание во время последующего высу­шивания в слое на лентах сушилки. В этом случае сушку ведут при мягком режиме, что улучшает качество продукта.

Сушка с предварительной термообработкой сырых изделий заключается в обдувке трубчатых изделий паровоздушной смесью с температурой 95-98°С и относительной влажностью 95% в течение 2 мин и короткорезаных изделий сухим паром с температурой 120-180 °С в течение 30 секунд с последующей сушкой при постоянной сушильной способности воздуха. Такая тепловая обработка ведет к денатурации белков и клейстериза­ции крахмала, что ускоряет процесс удаления влаги, сокращает время сушки и дает возможность на последующих этапах при­менять жесткие режимы обезвоживания без опасения появления і реіцин.

В настоящее время в макаронной промышленности применяют следующие сушилки: для сушки коротких изделий – шкафные, ленточные и барабанные, для сушки длинных изделий – шкафные и туннельные.

Изделия распределяют слоем 2-3 см на сетчатых рамках. Шкафные сушилки имеют воздухонагреватели. Шкаф закрывается дверками. Вентилятор осуществляет непрерывное движение воздуха. Имеются отверстия с шаберами для регулирования подсоса свежего воздуха и выброса отработанного.

Сушка в шкафных сушилках может осуществляться как с постоянной сушильной способностью воздуха (например: t в = 45-50 °С W в =70-80 %), так и с изменяющейся сушильной способностью воздуха. Например сушка, состоящая из трех стадий:

1. предварительная сушка t в = 55-60 °С W в =70-80 % до влажности изделий 20 %.

2. Отволаживание в течение 30-45 мин при этом происходит выравнивание влажности изделий по всей их массе.

3. Окончательная сушка t в = 45-50 °С W в =70-75 % до влажности изделий 13 %.

Такие сушилки используются в цехах небольшой производительности.

В шкафных сушилках могут сушиться как короткие, так и длинные макаронные изделия.

Ниже приведены различные технологические схемы сушки макаронных изделий в щкафных сушилках.

Сушка коротких макаронных изделий в шкафных сушилках предусматривает 2 схемы:

1-я : полуфабрикат макаронных изделий выходит из под пресса с влажностью 32-34% и поступает в шкафную сушилку. В шкафной сушилке его влажность снижается до 13-13,5%. Далее макаронные изделия поступают в бункер стабилизатор, где их влажность снижается до 12-12,5%;

2-я : полуфабрикат макаронных изделий выходит из под пресса с влажностью 32-34% и поступает в тробатто. Тробатто представляет собой шкаф, оснащенный тенами, вентиляторами и пятью сетчатыми рамами, которые в процессе сушки макаронных изделий совершают возвратно-поступательные движения. В тробатто влажность макаронных изделий снижается до 29-27%. После тробатто макаронные изделия поступают в шкафную сушилку В шкафной сушилке его влажность снижается до 13-13,5%. Далее макаронные изделия поступают в бункер стабилизатор, где их влажность снижается до 12-12,5%.

Сушка длинных макаронных изделий в шкафных сушилках предусматривает 1 схемы: полуфабрикат макаронных изделий выходит из под пресса с влажностью 32-34% и поступает в шкафную сушилку. В шкафной сушилке его влажность снижается до 13-13,5%. Далее макаронные изделия поступают в стабилизатор-накопитель, где их влажность снижается до 12-12,5%.

Сушка коротких макаронных изделий на поточных линиях предусматривает 3 схемы:

1-я : полуфабрикат макаронных изделий выходит из под пресса с влажностью 32-34% и поступает в окончательную сушилку. В окончательной сушилке его влажность снижается до 13-13,5%. Далее макаронные изделия поступают в бункер стабилизатор, где их влажность снижается до 12-12,5%;

2-я : полуфабрикат макаронных изделий выходит из под пресса с влажностью 32-34% и поступает в тробатто. Тробатто представляет собой шкаф, оснащенный тенами, вентиляторами и пятью сетчатыми рамами, которые в процессе сушки макаронных изделий совершают возвратно-поступательные движения. В тробатто влажность макаронных изделий снижается до 29-27%. После тробатто макаронные изделия поступают в окончательную сушилку В окончательной сушилке его влажность снижается до 13-13,5%. Далее макаронные изделия поступают в бункер стабилизатор, где их влажность снижается до 12-12,5%.

3-я: полуфабрикат макаронных изделий выходит из под пресса с влажностью 32-34% и поступает в тробатто. В тробатто влажность макаронных изделий снижается до 29-27%. После тробатто макаронные изделия поступают в предварительную сушилку, где их влажность снижается до 18-20%, после чего изделия поступают в окончательную сушилку. В окончательной сушилке его влажность снижается до 13-13,5%. Далее макаронные изделия поступают в бункер стабилизатор, где их влажность снижается до 12-12,5%.

Сушка длинных макаронных изделий на поточных линиях предусматривает 1 схему: полуфабрикат макаронных изделий выходит из под пресса с влажностью 32-34% и поступает в предварительную сушилку. В предварительной сушилке полуфабрикат макаронных изделий достигает влажности 18-20%. Далее полуфабрикат длинных макаронных изделийпоступает в окончательную сушилку. В окончательной сушилке его влажность снижается до 13-13,5%. Далее макаронные изделия поступают в стабилизатор-накопитель, где их влажность снижается до 12-12,5%.

Вопросы для самоконтроля (тренинг)

1. Опишите кратко процесс сушки макаронных изделий.

2. Перечислите способы сушки макаронных изделий.

3 Охарактеризуйте конвективный способ сушки макаронных изделий. Привести основные параметры сушильного воздуха

4. Дайте классификацию конвективным режимам сушки.

5. Опишите кривую сушки макаронных изделий.

6. Расскажите как изменяются реологические свойства полуфабриката макаронных изделий в процессе низкотемпературной и высокотемпературной сушки.

7. Перечислите преимущества высокотемпературной и сверхвысокотемператной сушки.

8. Перечислите способы интенсификации процесса сушки.

9. Расскажите о назначении процессов охлаждении и стабилизации макаронных изделий.

10. Приведите схемы сушки коротких и длинных макаронных изделий в промышленных сушилках.

Контролирующий тест

1. Какие действия технолога или оператора если после трабатто или предварительной сушки идет потемнение изделий?

2. При достижении изделиями влажности 18-16% сушку изделий проводят?

3.Появление трещин в изделиях в процессе сушки происходит из-за?

4.Растрескивание изделий в процессе хранения происходит из-за?

5. В процессе стабилизации изделий после высокотемпературной сушки происходит?

6.Стабилизация макаронных изделий после высокотемпературной и сверхвысокотемпературной сушки проходит?

7. Влажность макаронных изделий после предварительной сушилки должна составлять?

8.Какой влажности должны быть изделия после окончательной сушилки при высоко температурной сушке?

А)	14.5%
Б)	12,8%
В)	10%
Г)	13%

9.Какие этапы включает сушка длиннорезанных изделий?

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:

Температура среды (t С), °С...........................................................................................37

Относительная влажность сушильного воздуха, % ..................................................70

Скорость движения воздуха вад слоем макарон, м/сек...........................................2,6

Температура генератора облучения (t г ен), °С.........................................................100

Соотношение продолжительности облучения и отлежки ( ; ), сек …...5:100

Расстояние от макарон до излучателей (облучение двухстороннее), мм...............40

Продолжительность сушки ( ), час ……………………………….....................2,6

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.

При сушке макаронных изделий конвективным способом на­гретый сушильный воздух выполняет следующие функции:

Отдает материалу энергию (теплоту), необходимую для превра­щения воды в

Поглощает испаряющийся с поверхности изделий пар;

Отводит от поверхности изделий испарившийся пар.

В связи с этим чем выше температура воздуха, тем интенсивнее происхо­дит испарение влаги из материала; чем ниже его относительная влажность, тем интенсивнее он будет поглощать испаряющуюся влагу. Кроме того, интенсивность высушивания зависит от скорости движения воздуха над материалом: чем выше скорости воздуха, тем быстрее отводится от материала испарившаяся влага. Следовательно, основными параметрами сушильного воз­духа, определяющими скорость высушивания изделий, являются температура г, относительная влажность φ и скорость движения воздуха V. Естественно, продолжительность сушки определяется и свойствами материала, в частности плотностью и толщиной заготовок макаронных изделий.

Во время высушивания перемещение влаги из внутренних слоев изделий к наружным происходит под влиянием градиента влажности ΔW, т. е. разницы во влажности слоев, возникающей в результате испарения влаги с поверхности изделий и осушения наружных слоев. Градиент влажности направлен к центру высу­шиваемых изделий, т. е. в направлении, противоположном пере­мещению влаги, и величина его тем больше, чем интенсивнее происходит осушение наружных слоев (рис. 29 а). Явление перемещения влаги под влиянием градиента влажности называ­ют влагопроводностью или концентрационной диффузией.

При прогреве высушиваемых изделий возникает также гради­ент температуры Δt, под влиянием которого влага стремится переместиться внутрь материала, т. е. по направлению теплового потока. Это явление называют термовлагопроводностью или тер­мической диффузией.

В самом начале сушки концентрационная и термическая диф­фузии направлены в противоположные стороны, и направление движения влаги в изделиях зависит от того, какой из двух видов диффузии преобладает. Однако в силу небольшой толщины сырые макаронные изделия довольно быстро прогреваются, происходит выравнивание температуры слоев, и градиент температуры стано­вится практически равным нулю. Поэтому в дальнейшем процес­се сушки макаронных изделий при постоянной температуре су­шильного воздуха главная роль принадлежит концентрационной диффузии.

Рис. 29. Схема удаления влаги из изделий:

а - при сушке; 6 - при охлаждении

При попадании же изделий в менее теплую среду (на­пример, при их охлаждении) перемещение влаги в толще изделий будет идти как за счет влагопроводности, так и вследствие термо-влагопроводности (рис. 29, б).

Длительность сушки,чВлажность мщтериама, %

Рис. 30. Кривая сушки Рис. 31. Кривая скорости сушки

Процесс сушки макаронных изделий графически изображают и в виде кривой сушки, характеризующей изменение средней влажности изделий во времени. Характерный вид кривой сушки макаронных изделий представлен на рис. 30.

Начальный небольшой участок кривой указывает на прогрев сырых изделий с начальной влажностью Wт. Для этого участка характерно незначительное снижение влажности вследствие того, что концентрационная и термическая диффузии направлены в противоположные стороны.

Затем происходит изменение влажности по прямой линии. Во время этого периода, называемого периодом постоянной скорос­ти сушки, происходит удаление из изделий менее прочно связанной осмотической влаги.

При некотором значении влажности изделий, которое назы­вают критическим Wк, наблюдается снижение скорости удаления влаги и наступает период падающей скорости сушки. В этот период происходит удаление главным образом влаги, адсорбционно связанной и прочно удерживаемой белковыми веществами. В сушильной технике используют также кривые скорости сушки, которые обычно строят методом графического диффе­ренцирования по кривым сушки: скорость сушки в данный мо­мент определяется как тангенс угла наклона касательной, прове­денной через точку кривой сушки (рис. 31).

При сушке макаронных изделий воздухом с постоянной су­шильной способностью (постоянные температура, влажность и скорость перемещения) влажность высушиваемых изделий посте­пенно приближается к определенному значению, которое назы­вается равновесной влажностью Wр (см. рис. 30 и 31). Иными словами, сушильному воздуху с определенными параметрами со ответствует определённая равновесная влажность изделий, которая не снизится, сколько бы они ни омывались этим воздухом

Для правильного выбора режимов сушки, стабилизации, охлаждения и хранения макаронных изделий очень важно знать величины их равновесной влажности при разных температурно - влажностных параметрах воздуха. Они определяются по кривым равновесной влажности (изотермам десорбции влаги), которые построены на основании экспериментальных данных тензометрическим (статическим) методом (рис. 32).

Пробы макаронных изделий помещают в эксикатор, в ниж­нюю часть которого наливают раствор серной кислоты опреде­ленной концентрации. Изделия периодически взвешивают, пока масса изделий не станет постоянной. Это свидетельствует о том, что изделия достигли состояния равновесия, которому соответст­вует определенная равновесная влажность продукта. Каждой оп­ределенной концентрации серной кислоты соответствует опреде­ленная влажность воздуха. Повторяя опыт при различных кон­центрациях серной кислоты, получают зависимость равновесной влажности продукта от влажности воздуха. Серии опытов прово­дят при различных температурах, получая изотермы десорбции - кривые равновесной влажности. Они могут быть также получены путем высушивания до постоянной массы изделий в атмосфере воздуха с постоянными значениями температуры и влажности.

Рис. 32. Кривые равновесной влажности макаронных изде­Лий

При выборе режима сушки макаронных изделий надо использовать соответствующую кривую равновесной влажности. Так, если изделия сушат воздухом температурой 50 влажность воздуха должна быть не выше примерно 80 %. Если же влажность воздуха при этой температуре будет, например, 85 %, то изделия высохнут только до влажности примерно 14,5 %.

Изотермы десорбции влаги из макаронных изделий имеют S образный характер, типичный для коллоидных тел. Нижняя часть кривых, обращенная выпуклой частью к оси влажности и изделий, относится (по классификации форм связи влаги с мате­риалом по А. В. Лыкову) к десорбции мономолекулярного слоя. Характер следующей части кривой указывает на наличие поли­молекулярной адсорбции. И наконец, последний участок кривой, выпуклость которого обращена к оси влажности воздуха, указывает на наличие влаги капиллярной конденсации.

Из расположения изотерм десорбции следует, что с повыше­нием относительной влажности воздуха равновесная влажность макаронных изделий возрастает, особенно резко - в интервале влажности воздуха 80...95%. С увеличением же температуры воз­духа равновесная влажность снижается.

Для определения равновесной влажности макаронных изде­лий И. М. Савина предложила следующие формулы:

для интервала относительной влажности воздуха от 10 до 55 %

W= A (0,01 φ) + B

для интервала влажности воздуха от 55 до 100 %

Wр = Dlg + С,

где А, В, D, С- коэффициенты, учитывающие влияние температуры воздуха на величину равновесной влажности макаронных изделий; определяются по таблица 10.

Таблица 10

Значение коэффициентов А, В, D, C

4 Изменение свойств макаронных изделий в процессе сушки, стабилизации и охлаждения

При выборе и разработке режимов сушки необходимо учиты­вать две основные особенности макаронных изделий как объекта сушки:

при снижении влажности изделий от 29...30 до 13...14 % про исходит сокращение их линейных и объемных размеров (усадка) на 6...8 %; в процессе высушивания изменяются структурно-механичес­кие свойства изделий.

Характер изменения структурно-механических свойств высу­шиваемых макаронных изделий в значительной степени опреде­ляется параметрами сушильного воздуха, в первую очередь его
температурой и влажностью.

В настоящее время в зависимости от температуры воздуха используют три основных режима конвективной сушки макарон­ных изделий:

Традиционные низкотемпературные (НТ) режимы, когда тем­пература сушильного воздуха не превышает 60 °С;

Высокотемпературные (ВТ) режимы, когда температура возду­ха на определенном этапе сушки достигает 70...90 °С;

Сверхвысокотемпературные (СВТ) режимы, когда температура воздуха превышает 90 °С.

Рассмотрим особенности изменения структурно-механических свойств макаронных изделий при использовании указанных трех температурных режимов.

При низкотемпературных режимах поступающие на сушку сырые изделия 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 твердого материала. При этой влажности макаронные изделия являются упругопластичным телом.

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

При мягких режимах сушки, т. е. при медленном высушива­нии изделий 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. Темп ис­парения влаги с поверхности изделий соответствует темпу подво­да влаги из внутренних слоев (см. рис. 29, а).

10 15 20 25 30

Влажность макарон,%

Рис. 33. Кривые усадки макарон при режиме

Сушки

1 – мягком, 2 - жестком

Все слои изделий сокращаются приблизительно равномерно: усадка изделий увели­чивается прямо пропорционально снижению их влажности (рис 33, кривая /). При жестких режимах сушки, т. е. интенсивном высушивании изделий воздухом с высокой сушильной способностью, перепад по влажности между наружными и внутренними слоями достига­ет значительной величины вследствие того, что влага из внутрен­них слоев не успевает переместиться к наружным. При этом более сухие наружные слои стремятся сократить свою длину чему препятствуют более влаж­ные внутренние слои - внутри изделий на границе слоев воз­никают напряжения, которые называются внутренними на­пряжениями сдвига. Величина этих напряжений тем значи­тельнее, чем интенсивнее уда­ляется влага с поверхности из­делий, чем в большей степени отстает темп подвода влаги из внутренних слоев и чем боль­ше градиент влажности.

Усадка изделий при жесткой сушке происходит неравномер­но (см. рис. 33, кривая 2): в начальный период сушки происходит интенсивная усадка, а затем она постепенно затухает.

Пока высушиваемые макаронные изделия сохраняют пласти­ческие свойства, возникающие внутренние напряжения сдвига рассасываются путем изменения формы изделий без разрушения их структуры.

Когда же изделия приобретают свойства упругого материала, возникающие внутренние напряжения сдвига, если они превы­шают определенное предельно допустимое, критическое значе­ние, приводят к разрушению структуры изделий - появлению на поверхности изделий микротрещин, которые при интенсивном удалении влаги углубляются, соединяются между собой. Высу­шенные таким образом макаронные изделия очень непрочны, зачастую превращаются в лом или даже крошку.

Таким образом, при низкотем­пературном режиме сушки макаронные изделия можно высуши­вать при жестких режимах, не опасаясь появления в них трещин, примерно до 20%-ной влажности. 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 поточных линий, в которых используются низкотемпературные режимы сушки, где процесс сушки разделен на два этапа - предварительную и окончательную сушку.

Однако и на первом этапе удаления влаги из изделий степень жесткости режима имеет свои ограничения, поскольку чрезмерно быстрое осушение поверхностного слоя сырых изделий сухим воздухом температурой около 60°С может привести к его отслаиванию, к образованию чешуйчатой поверхности изделий, вслед­ствие того что влага не успеет подойти к поверхности из внут­ренних слоев плотной структуры тестовых заготовок. Кроме того, при таком режиме сушки резкое превращение влаги изделий в пар может привести к образованию пузырьков в толще еще пластичных изделий. Поэтому чем выше температура воздуха и начале сушки, тем выше должна быть его влажность.

На выходе из сушилки макаронные изделия имеют температу­ру, приблизительно равную температуре сушильного воздуха. Поэтому перед упаковкой их надо охладить до температуры упа­ковочного отделения, иначе неконтролируемый процесс даль­нейшего испарения влаги из теплых упакованных изделий будет продолжаться в упаковке, а при использовании герметичной упа­ковки, например полиэтиленовых пакетов, произойдет конденса­ция влаги на внутренней поверхности упаковки.

Предпочтительнее использовать медленное охлаждение в тече­ние не менее 4 ч, в процессе которого изделия омываются воз­духом температурой 25...30 °С и относительной влажностью 60...65 %. При этом происходит стабилизация изделий: оконча­тельное выравнивание влажности по всей толще изделий, расса­сывание внутренних напряжений сдвига, которые могли остаться после интенсивной сушки изделий, а также некоторое снижение массы остывающих изделий за счет испарения из них 0,5...1,0 % влаги.

Быстрое охлаждение высушенных изделий интенсивной об­дувкой в охладителях различных конструкций или остывание их на ленточных транспортерах при подаче на упаковку менее же­лательны: несмотря на то что готовые изделия за короткое время (около 5 мин) успевают остыть до температуры цеха и последую­щей усушки их в упаковке не происходит, за такой короткий промежуток времени внутренние напряжения сдвига в нестабилизированных изделиях не только не успевают исчезнуть, но увеличиваются за счет испарения влаги с поверхности изделий и увеличения градиента влажности. И если изделия были подверг­нуты жесткой сушке, то растрескивание и превращение их в лом и крошку могут произойти уже после упаковывания.

Таким образом, увеличение внутренних напряжений сдвига при быстром охлаждении изделий обусловлено тем, что резкое снижение температуры поверхностного слоя изделий ведет к бы­строму испарению из него влаги. И хотя возникающий при этом градиент температуры направлен в ту же сторону, что и градиент важности, - внутрь изделия, влага не успевает подойти из внутренних слоев к поверхности в силу низкой влагопроводности и потной структуры высушенных изделий (см. рис. 29, б).

При высокотемпературныx и сверхвысокотемпературных ре­жимах сушки, когда температура воздуха превышает соответственно 70 и 90 °С, макаронные изделия остаются в пластическом состоянии вплоть до 1б...13%-ной влажности (в зависимости от температуры). В этом случае критическая влажность изделий Wк (см. рис. 30), т. е. момент перехода материала из пластического состояния в упругое, перехода от постоянной скорости сушки к падающей скорости, снижается практически до величины влаж­ности готовых макаронных изделий. Поэтому возникает возмож­ность использования таких режимов на всем протяжении сушки, значительно сокращая ее продолжительность. Однако в этом слу­чае во избежание растрескивания высушенных изделий особенно тщательно следует проводить стабилизацию и охлаждение изделий - без дальнейшего испарения из них влаги. Для этого температурно-влажностные условия стабилизации и охлаждения вы­сушенных изделий должны соответствовать одинаковой равновесной влажности их, т. е. на уровне 13 %. Например: если стабилизация высушенных изделий осуществляется при 70 °С, то относительная влажность воздуха должна составлять порядка 85 % (равновесная влажность изделий при этих параметрах со­ставляет 13 % -см. рис. 32), и после стабилизации изделия можно сразу охлаждать воздухом в цехе с температурой 20...25 °С и относительной влажностью около 65 %: эти параметры соот­ветствуют той же величине равновесной влажности (13 %), поэ­тому испарения влаги с поверхности изделий при охлаждении не будет.

На основании вышеизложенного можно заключить, что ос­новной причиной возникновения напряжений внутри высушива­емых макаронных изделий, которые приводят к изменению формы или к образованию трещин в изделиях (в зависимости от соотношения пластических и упругих свойств высушиваемых из­делий), является отставание внутреннего переноса влаги от испа­рения влаги из поверхностных слоев изделий. Это обусловливает возникновение значительного градиента влажности, величина которого может служить мерой опасности растрескивания высу­шиваемых изделий.

Характер зависимости градиента влажности от двух основных факторов: относительной влажности и температуры сушильного воздуха, приведенный на рис. 34, показывает, что при постоян­ной температуре повышение влажности воздуха ведет к сниже­нию градиента влажности, а при постоянной влажности воздуха незначительные изменения градиента-влажности возникают при низких и высоких температурах.

________________

Рис. 34. Зависимость градиента влажности макаронных изделий от температуры и влажности сушильно­го воздуха

Эти особенности предопределяют выбор оптимальных параметров разных режимов и способов сушки, используемых на практи­ке, которые мы рассмотрим и следующих, подразделах. Сравнивая влияние разных температурных режимов (НТ, ВТ и СВТ) на качество макаронных изделий? надо отметить, что вы­сокотемпературные режимы спо­собствуют улучшению качества изделий по ряду показателей.

Итальянскими, французскими, швейцарскими и немецкими ис­следователями было выявлено благотворное влияние температур сушки в пределах 70...90 °С на цвет высушенных изделий: в ре­зультате тепловой инактивации фермента полифенолоксидазы за­медляется или предотвращается процесс ферментативного по­темнения и цвет изделий становится более светлым по сравне­нию с изделиями, полученными в результате традиционной низ­котемпературной сушки.

Дальнейшее увеличение температуры сушки (сверхвысокотем­пературные режимы) уже не сказывается на улучшении цвета изделии, но возникает опасность неферментативного потемне­ния изделии в результате протекания реакции Майяра. Для пред­отвращения этой реакции относительная влажность воздуха при температуре выше 90°С должна быть не меньше 80%.

Исследованиями проф. П. Ризмини и д-ра Дж. Далбона (Ита­лия) выявлено положительное влияние высокотемпературной сушки и на варочные свойства макаронных изделий: сокращает­ся время варки до готовности, снижается клейкость сваренных изделий, улучшается их консистенция. При этом улучшающее воздействие высоких температур сушки на варочные свойства проявляется в большей степени при изготовлении изделий из продуктов помола мягкой пшеницы, чем твердой.

Для выявления механизма такого действия указанными авто­рами были исследованы структуры срезов замороженных проб сырых, сухих и сваренных изделий, сфотографированных элек­тронным микроскопом.

В полученных микрофотографиях срезов сырых изделий из крупки и хлебопекарной муки видны целые гранулы крахмала и кусочки оболочек зерна пшеницы, равномерно распределенные в клейковинном геле.

На микрофотографиях сколов сухих изделий, высушенных при традиционных режимах, наблюдается, как и на микрофотографиях сырых изделий, целостность гранул крахмала, распределенных в клейковинном геле (матрице). Это говорит о том, что мо время традиционной сушки при температуре не выше 60 °С структура крахмальных гранул не изменяется и денатурации белков не происходит.

На микрофотографиях срезов тех же изделий после варки наблюдаются полное разрушение внутренней структуры гранул крахмала и образование фиксированной решетки из коагулированных белков, причем в изделиях из крупки твердой пшеницы решетка не имеет разрывов, а в изделиях из хлебопекарной муки она неоднородна, с разрывами. Это объясняется тем, что в изде­лиях из хлебопекарной муки связующая способность клейкови­ны ниже, чем в изделиях из крупки твердой пшеницы, поэтому при варке клейстеризующиеся зерна крахмала в изделиях из хлебопекарной муки частично разрывают не успевшую еще за­фиксироваться белковую решетку.

На микрофотографиях же сколов сухих изделий как из круп­ки, так и из хлебопекарной муки, высушенных при высокотем­пературных режимах, можно наблюдать образовавшуюся фикси­рованную белковую решетку, в которую заключены гранулы крахмала. Иначе говоря, структура макаронных изделий, высу­шенных при высокотемпературном режиме, подобна структуре сваренных изделий. Причем и в изделиях из хлебопекарной муки белковая решетка не имеет разрывов, поскольку высокие темпе­ратуры при сушке способствуют ее фиксированию, а отсутствие избытка влаги ведет не к набуханию зерен крахмала, а только к разрушению их внутренней, структуры.

Уменьшение клейкости изделий, полученных высокотемпера­турной сушкой, обусловлено тем, что фиксирующаяся в процес­се сушки белковая матрица прочно удерживает клейстеризующиеся во время варки зерна крахмала. В противоположность этому фиксирование белковой матрицы в изделиях, традицион­ной низкотемпературной сушки происходит только во время варки изделий параллельно с набуханием крахмальных гранул, которые могут нарушить целостность еще не сформировавшейся белковой матрицы, частично перейти в варочную жидкость, при­дать клейкость сваренным изделиям и ухудшить их консистен­цию.

Наконец, надо отметить, что условия, создаваемые при тради­ционной сушке макаронных изделий, практически соответствуют оптимальным условиям для развития различных микроорганиз­мов. Исследования показывают, что при температуре сушки в пределах 30...50 °С в 1 г изделий может содержаться до 10 6 и выше колоний микроорганизмов, среди которых могут быть опасные для организма человека сальмонеллы и стафилококки, не погибающие при варке изделий. Сушка же при температур 70 °С снижает этот показатель до 10 2 ...10 3 кол/г, причем в большей степени при увеличении влажности воздуха. А при температуре сушки 80...90 °С и относительной влажности воздуха около 80 % происходит практически полная пастеризация макаронных изделий.

Контрольные вопросы:

1. Какие существуют основные формы связи влаги в сырых макаронных

изделиях?

2.Какие основные факторы определяют скорость сушки макаронных

3.Что такое равновесная влажность макаронных изделий и как определяют

ее величину?

4.Как изменяются свойства сырых макаронных изделий в процессе

высуши­вания?

5.Чем отличаются низкотемпературный, высокотемпературный и

сверхвысо­котемпературный режимы конвективной сушки макаронных

изделий друг от друга?

6. В чем отличия мягкого режима сушки от жесткого?

Литература

1. Медведев Г.М. «Технология макаронного производства».- М.:Колос,2000.

2. Чернов М.Е. Макаронное производство.-М.: Издательство «Мир»,1994г.

3. Чернов М.Е. Оборудование предприятий макаронной промышленности.-

М.: Пищевая промышленность,1978г.-232с.