66669 (Интенсификация процесса сушки макаронных изделий)

СОДЕРЖАНИЕ

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.

Прерывистые трехстадийные режимы зарекомендовали себя при подвесной сушке в сушилках туннельного типа.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ступенчатая конвективная сушка при повышающейся сушильвой способности воздуха:

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

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

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

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

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

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

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

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

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