Тема 4. Сушка макаронных изделий.

4.1. Особенности обезвоживания макаронных изделий.

Структурно-механические свойства мучных изделий оказывают существенную роль на перенос тепла и влаги в них в процессе сушки.

Во время высушивания перемещение влаги из внутренних слоев 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. Явление перемещения влаги под влиянием градиента влажности называется влагопроводностью или концентрационной диффузией.

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

В самом начале сушки концентрационная и термическая диффузия направлены в противоположные стороны и направление движения влаги зависит от того, какой из этих двух видов преобладает. Сырые макаронные изделия довольно быстро прогреваются, происходит выравнивание температурных слоев, градиент температуры становится равным нулю. В дальнейшем процессе сушки макаронных изделий при постоянной сушильной способности воздуха главная роль принадлежит концентрационной диффузии.

В начале процесса сушки интенсивность влагопроводности макаронного теста соизмерима с интенсивностью влагоотдачи с поверхности изделий и сушка происходит при постоянной скорости. По мере удаления влаги из материала интенсивность испарения с поверхностных слоев начинает ограничиваться интенсивностью подвода влаги из глубинных слоев. При этом сначала испарение влаги продолжается с поверхности материала при постоянном уменьшении интенсивности подвода влаги к поверхности и повышении ее температуры. Этот период называют периодом постоянной скорости сушки, а затем сушка идет при углублении зоны испарения. Этот период называют периодом падающей скорости сушки. В этот период происходит удаление, главным образом, влаги адсорбционно связанной и прочно удерживаемой белковыми веществами.

Для правильного выбора режимов сушки, стабилизации, охлаждения и хранения макаронных изделий очень важно знать величины их равновесной влажности при разных температурно-влажностных параметрах воздуха. Кривые равновесной влажности строят на основании экспериментальных данных. При выборе режима сушки макаронных изделий надо использовать соответствующую кривую равновесной влажности. 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.

4.2. Структурно-механические свойства макаронных изделий и их изменения в процессе сушки.

Структурно-механические свойства макаронного теста оказывают существенную роль на перенос тепла и влаги в процессе сушки. Существенное влияние на качество готовых изделий оказывает усадка. Неравномерная усадка различных слоев теста в процессе сушки приводит к появлению напряженного состояния. Если напряжения достигают предельного значения, то происходит растрескивание материала и образуются трещины. От прочности изделий зависит их сохраняемость при транспортировке и состояние при варке. При разработке рациональных режимов сушки макаронных изделий эти факторы должны быть учтены.

После замеса макаронное тесто представляет собой плотную, почти лишенную пор вязкую массу, в которой набухшие клейковинные нити и пленки опутывают и связывают между собой увлажненные зерна крахмала. Клейковина является каркасом теста, придающим эластичность и упругость, вязкость и пластичность. Прочность структуры крахмального зерна обусловлена наличием большого числа групп – ОН и интенсивным проявлением водородных связей.

Структурно-механические свойства макаронного теста в значительной степени зависят от количества и качества белков муки и плотности упаковки его макромолекул.

При замесе макаронное тесто приобретает пластические свойства. Пластификация такой коагуляционной системы происходит за счет тончайших прослоек воды между частицами муки. В процессе сушки их на определенном этапе появляются упругие свойства и при малом содержании влаги тесто ведет себя как хрупко-упругое тело. Таким образом, в процессе сушки макаронное тесто переходит из коагуляционной системы в конденсационную. В конденсационных структурах частицы сближаются между собой на возможно самое близкое расстояние. В результате этого силы сцепления принимают максимальное значение и структура становится прочной.

При мягких режимах сушки, т.е. при медленном высушивании изделий воздухом с низкой сушильной способностью, перепад по влажности между наружными и внутренними слоями невелик, т.к. 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. Все слои изделий сокращаются приблизительно равномерно: усадка изделий увеличивается прямо пропорционально снижению их влажности.

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, потому что влага из внутренних слоев не успевает переместиться к наружным. Сухие наружные слои стремятся сократить свою длину, и этому препятствуют более влажные внутренние слои. Внутри изделий на границе возникает напряжение, которые называются внутренними напряжениями сдвига. Чем интенсивнее удаляется влага с поверхности изделий, тем в большей степени отстает темп подвода влаги из внутренних слоев и тем больше градиент влажности.

Усадка изделий при жесткой сушки происходит неравномерно: в начальный период сушки происходит интенсивная усадка, а затем она постепенно затухает.

Пока высушиваемые изделия сохраняют пластические свойства, внутренние напряжения сдвига рассасываются без изменения их структуры.

Когда изделия приобретают свойства упругого материала, то возникают внутренние напряжения сдвига, которые способствуют разрушению структуры изделий из-за появления на поверхности изделий микротрещин. При интенсивном удалении влаги трещины углубляются, делая макаронные изделия непрочными, способствующие образованию лома и крошки.

При низкотемпературных режимах сушки макаронные изделия можно сушить при жестких режимах примерно до 20%-ной влажности. Далее изделия следует сушить при мягких режимах, очень осторожно удалять влагу, особенно по достижении изделиями влажности 16% и ниже. Однако, на первом этапе следует соблюдать условие: чем выше температура, тем выше должна быть относительная влажность воздуха.

При выходе из сушилки изделия имеют температуру примерно равную температуре сушильного воздуха. Перед упаковкой изделия следует охладить. Следует применять медленное охлаждение в течение не менее 4 ч. при температуре воздуха 25…30^оС и относительной влажность 60…65%. При этом происходит стабилизация изделий: окончательное выравнивание влажности по всей толще изделий, рассасывание внутренних напряжений сдвига, некоторое снижение влажности изделий за счет испарения из них влаги 0,5…1%.

Основная причина возникновения напряжений внутри высушиваемых макаронных изделий, которые приводят к изменению формы или образованию трещин в изделиях, является отставание внутреннего переноса влаги от испарения влаги из поверхностных слоев изделий.

4.3. Высоко- и сверхвысокотемпературные режимы сушки.

Основной недостаток традиционных низкотемпературных режимов сушки макаронных изделий- чрезмерная продолжительность сушки.

В 70-х годах все ведущие фирмы перешли на режимы сушки с использованием температуры сушильного воздуха 70^оС и выше, что позволило сократить продолжительность сушки изделий в сушилках автоматизированных линий на 40…50%: длинных изделий с 16…20 до 10…12 ч., коротких – с 7…8 до 4…6 ч.. Высокотемпературная сушка (ВТ) позволяет снизить расход энергии и уменьшить производственные площади на единицу вырабатываемой продукции, улучшить микробиологическое состояние, цвет и варочные свойства изделий.

В промышленности используются разные варианты ВТ режимов сушки. Главное условие их применения – повышение температуры должно сопровождаться повышением относительной влажностью воздуха. Сушильная способность воздуха, т.е. доля влаги, которую может поглотить 1 кг воздуха до полного его насыщения, не превышает сушильную способность воздуха при низкотемпературной сушки (НТ), т.к. повышение температуры компенсируется повышением относительной влажности воздуха. Следует учесть, что при повышении температуры и влажности воздуха, во-первых, снижается градиент влажности в высушиваемых изделиях, во-вторых, снижается значение критической влажности макаронных изделий, т.е. увеличивается период их нахождения в пластическом состоянии. Благодаря этим двум факторам удается интенсифицировать процесс удаления влаги из изделий с сохранением их структуры.

Первый вариант – ВТ режим используется на предварительной стадии сушки (это способствует углублению степени инактивации полифенолоксидазы и денатурации белков) с постепенным ступенчатым снижением температуры воздуха до 40…45^оС и дальнейшей стабилизацией при этой температуре.

Второй вариант – постепенное повышение температуры воздуха до максимальной величины и последующее снижение ее опять до 40…45 ^оС – это режим температурной инверсии. Такой режим способствует получению высокопрочного продукта. На окончательной стадии сушки и при стабилизации температура изделий все время выше температуры окружающей среды. Градиент температуры внутри изделия направлен в ту же сторону, что и градиент влажности. Это способствует миграции влажности к поверхности высушиваемых изделий. Этот режим используется на линиях фирмы “Паван”.

Третий вариант – увеличение температуры воздуха на стадии предварительной сушки до максимального значения в пределах 75…85 ^оС, сушка и стабилизация изделий происходит при этой же температуре. Изделия высушиваются до влажности 13…13,5% за 3…5 ч. ( в зависимости от температуры воздуха и вида изделий), а стабилизация изделий – в течение 5…7 ч.. Для достижения равновесной влажности изделий 13% необходимо поддерживать температуру воздуха равной 80°С и влажность 82%. Такой режим используется в одной из последних моделей автоматизированных линий “Брайбанти”.

Применение ВТ режимов сушки возможно только на оборудовании, оснащенном автоматизированными и компьютерными системами контроля и регулирования заданного режима сушки.

Сверхвысокотемпературные режимы (СВТ) еще в большой степени позволяют сократить продолжительность сушки, улучшающее качество изделий не более, чем при ВТ режимах. Однако, здесь существует опасность протекания реакции Майяра на поверхности изделий, если нарушить влажностный режим. Особые требования предъявляются к стойкости материалов, из которых изготавливаются рабочие органы сушилок. Такой режим используется на линиях фирмы “Паван”. Система СВТ сушки “Турботерматик” используется и на линиях марки ЛАД – 1500 для производства длинных макаронных изделий. Линии изготавливает АО “Рыбинские моторы” по лицензии фирмы “Бюлер”. Фирма “Паван” разработала режим, где сушка чередуется с периодами стабилизации изделий. Этот режим можно назвать высокотемпературным пульсирующим режимом.

При ВТ и СВТ режимах сушки (температура воздуха превышает 70 и 90 ^оС) макаронные изделия остаются в пластическом состоянии вплоть до 16…13%-ной влажности (в зависимости от температуры). Критическая влажность Wк, т.е. момент перехода материала из пластического состояния в упругое, перехода от постоянной скорости к падающей скорости сушки, снижается до величины влажности готовых изделий. Поэтому возникает возможность использования таких режимов на всем протяжении сушки, значительно сокращая ее продолжительность. Во избежание растрескивания высушенных изделий следует тщательно проводить стабилизацию и охлаждение изделий – без дальнейшего испарения из них влаги.

К СВТ режимам сушки макаронных изделий относится режим с гигротермической обработкой изделий перед сушкой (разработал Н.И. Назаров с сотр.). Сущность этого режима заключается в обработке сырых изделий паровоздушной смесью в течение 2-х мин. (для макарон) или сухим паром в течение 30 сек. (для короткорезаных изделий) с последующей сушкой. Параметры паровоздушной смеси: температура 95…98 ^оС, относительная влажность 95%. Температура перегретого пара от 120 до 180 ^оС. Такая обработка изделий перед сушкой позволяет сократить процесс сушки за счет применения жестких режимов без опасения появления трещин. Это происходит в результате снижения энергии связи влаги с денатурированными во время гигротермической обработки белками и снижения в результате этой линейной усадки высушиваемых изделий в 1,5…2 раза. Этот режим стали использовать в производстве макаронных изделий быстрой варки и изделий, не требующих варки.