Появление чешуйчатой поверхности при сушке изделий вызвано. Сушка макаронных изделий. Материал и методы исследования

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.

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.

ИННОВАЦИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ - ОСНОВА МОДЕРНИЗАЦИИ ОТРАСЛИ

ТЕМА НОМЕРА

Сверхтемпературная сушка и влажностная стабилизация

макаронных изделий

В.Е. Тукачев, аспирант ЗАО НПФ «ТЕКО», г. Миасс

М.В. Калачев, канд. техн. наук, профессор, Ю.В. Зуева, канд. техн. наук Московский государственный университет технологий и управления

Сушка макаронных изделий - это, как правило, самая длительная и ответственная стадия процесса производства. Это сложный тепломассо-обменный процесс, от которого зависит качество продукта. При сушке макарон их масса из пластического состояния медленно превращается в упругое хрупкое тело.

В зависимости от температуры воздуха используют три основных режима конвективной сушки макаронных изделий: традиционные низкотемпературные режимы - температура сушильного воздуха не превышает 50 °С; высокотемпературные режимы - температура воздуха на определенном этапе сушки достигает 70...90 °С; сверхвысокотемпературные режимы - температура воздуха превышает 90 °С.

Тенденция развития технологии сушки макаронных изделий направлена в сторону сокращения продолжительности сушки и повышения потребительских качеств готовой продукции благодаря применению более высоких температур. Так, итальянская фирма «Паван» при использовании высокотемпературной технологии сократила продолжительность сушки короткорезаных макаронных изделий до 2 ч (температура воздуха при сушке составляет от 84 до 106 °С).

Швейцарская фирма «Бюлер» разработала технологию «Турботерма-

Ключевые слова: макаронные изделия; сверхтемпературная сушка; влажностная стабилизация; влажность; охлаждение; качество.

Рис. 1. Диаграмма сушки и стабилизации гигротермической технологии

Key words: pasta; super-temperature drying; watery stabilization; humidity; cooling; quality.

тик», в результате продолжительность сушки сократилась до 2 ч 45 мин для коротких макаронных изделий (температура сушки - от 95 до 105 °С).

На малых и средних предприятиях наиболее распространена низкотемпературная сушка, не требующая специального автоматического оборудования и приборов. Фирма ЗАО НПФ «Теко» предлагает гидротермическую технологию сверхвысокотемпературной сушки для малых предприятий. Температура в сушильной камере сушилки С-109-4 нового поколения поднимается до 110 °С. Для поддержания оптимальной влажности и создания пара на ТЭНы распыляется вода.

Таким образом, сушка проводится при высоких температурах в среде перегретого пара. Сокращение длительности прогрева макаронных изделий обусловлено частичной конденсацией пара на поверхности макарон, что создает благоприятные условия для применения сверхвысокотемпературной сушки (температура 100...110 °С при влажности 4550%), чем достигается скорость сушки 1,5-2,5° в 1 мин. Такая температура поддерживается в продолжении всей сушки.

Такая технология позволяет из хлебопекарной муки с содержанием клейковины от 23 % получить качественные макаронные изделия. Заданные параметры (температура и влажность) технологического процесса обеспечивают высокую скорость удаления влаги из макаронных изделий, что значительно сокращает

длительность сушки (всего 25 мин) и позволяет снизить расход электроэнергии до 0,2-0,22 кВт на 1 кг высушенного продукта. При температуре сушки 90 °С и более происходит практически полная пастеризация макаронных изделий. Соотношение влажности и температуры показано на рис. 1.

Весь технологический цикл изготовления макаронных изделий (от засыпки муки до упаковки) составляет примерно 60 мин. Указанное время необходимо для обработки тонких макаронных изделий диаметром 0,8-3,0 мм, для изделий большего диаметра время увеличивается.

Стабилизация изделий после сушки в классических технологиях занимает от 4 до 12 ч. Оборудование «Макиз» фирмы «Теко» обеспечивает выравнивание влажности по толщине изделий за 30-40 мин.

Для сокращения времени стабилизации - охлаждения макаронных изделий применена концепция использования высокой температуры самих изделий после сушки. Поскольку влага в конце сушки макаронных изделий присутствует в виде пара, то при резком охлаждении продукта градиент температуры направлен от центра к поверхности, а миграция влаги совпадает с направлением теплового потока. Под воздействием градиента температуры (от 50 до 60 °С) влага переместится от центра к поверхности и выровняет возникшую при сушке неравномерность влажности по слоям. Однако при этом необходимо исключить испарение влаги с поверхности изделий, так как оно только увеличит неравномерность влажности в центре и на поверхности и приведет к возникновению трещин.

Таким образом, охлаждение макаронных изделий следует проводить при повышенной влажности воздушной среды (близкой к равновесной). Кроме того, при понижении температуры обдуваемого воздуха его относительная влажность возрастает, в связи с чем не требуется дополнительных средств и устройств, обеспечивающих повышение относительной влажности воздушной среды. Эта технология нашла применение в конструкции стабилизатора-охладителя С-109-1 нового поколения в линии «Макиз-02».

На рис. 2 представлен охладитель-стабилизатор С-109-1, предназначенный для охлаждения и стабилизации короткорезаных макаронных изделий. Производительность - до 200 кг/ч в зависимости от типа изделий; потребляемая мощность - 1,5 кВт; длительность процесса - 30-40 мин.

THE INNOVATIVE EQUIPMENT - A BASIS OF MODERNIZATION OF BRANCH

Охладитель-стабилизатор состоит из загрузочной воронки 1, пульта управления 2, верхних необдуваемых конвейеров 3 и 4, обдуваемого нижнего конвейера 5, кронштейна 6, вентилятора 7, регулируемых по высоте опор 8, переходника 9, радиатора 10, рамы 11, изолирующих панелей 12, выгрузочного раструба 13, трубопровода подвода-отвода холодной воды 14. Схема продувки конвейерной ленты - «елочка», скорость потока воздуха - 0,2-0,4 м/с. Сама лента изготовлена из полиэфирной сетки. Высота насыпаемого слоя макаронных изделий - 4050 мм.

В радиатор 10 по трубопроводам 14 подается холодная вода, чем обеспечивается понижение температуры макаронных изделий с 85 до 25 °С. Влажность макаронных изделий на выходе - 12,5-13 %.

Температура и влажность контролируются и поддерживаются автоматически с помощью датчиков, установленных в камере охладителя, и пульта управления 2. Работает охладитель следующим образом. Макаронные изделия загружаются на верхнюю ленту конвейера 3 и движутся, пересыпаясь с ленты на ленту.

Рис. 2. Охладитель-стабилизатор С-109-1: 1 - загрузочная воронка; 2 - пульт управления; 3, 4 - верхние конвейеры; 5 - нижний конвейер; 6 - кронштейн; 7 - вентилятор; 8 - опоры; 9 - переходник; 10 - радиатор; 11 - рама;. 12 - панели; 13 - раструб; 14 - трубопровод подвода-отвода воды

В радиатор 10 подается холодная вода требуемой температуры, вентилятор 7 создает холодный воздушный поток, который обдувает макаронные изделия. Причем обдувке подвергаются макаронные изделия только на нижнем конвейере 5, на двух верхних лентах изделия охлаждаются за счет естественной конвекции. Это необходимо для того, что-

бы влага успела переместиться по толщине продукта. На выходе из охладителя через раструб 13 изделия имеют температуру окружающей среды или на 1...2 °С ниже.

Таким образом, применение предлагаемой технологии на предприятиях малой и средней мощности позволит значительно улучшить качество макаронных изделий.

Темы конференции

Продукты высокой добавленной стоимости из крахмала и глюкозных сиропов: органические кислоты, биопластики и химические вещества

■ Крахмалы: рынок, производство и применение модифицированных крахмалов

Глюкозные и глюкозно-фруктозные сиропы: перспекттивы рынка, производство и применение

■ Практический опыт: Глубокая переработка зерна с производством продуктов высокой добавленной стоимо сти: клейковина, крахмал, биоэтанол

Возможности финансирования проектов

Мировой рынок: применение биотехнологий для глубокой переработки зернового сырья

Клейковина (пшеничный глютен): рынок, производство, применение и экспорт. Другие вопросы глубокой переработки зерна

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.

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.