2.6. Математическая обработка экспериментальных данных

Математическую обработку результатов по определению оптимальных режимных параметров технологических операций при получении хлопьев проводили на основании составления полно факторного эксперимента и анализа значимости коэффициентов уравнения регрессии и его адекватности [31]. При обработке данных об изменении биохимических, микробиологических, функциональных и качественных показателей для получения достоверных результатов использовали статистический метод обработки результатов экспериментальных данных, основанных на определение статистических средних показателей степени варьирования [114].

Результаты исследования и их обсуждение

Глава 3. Разработка оптимальных параметров подготовки крупяного сырья к интенсивной инфракрасной обработке

3.1. Влияние предварительного увлажнения крупы на температуру поверхности и центра крупы

Неравномерность распределения температуры при обработке зернового сырья потоком инфракрасного излучения с мощностью 26 кВт/м² и выше вызывается значительным градиентом температуры, возникающем на поверхности крупы, температура внутри зерновки не достигает значений парообразования воды, поверхность ее обгорает.

Из практики хлебопекарного производства известно, что начальная фаза выпечки хлеба включает в себя процесс поглощения влаги из газовой среды пекарной камеры за счет конденсации паров воды на поверхности выпекаемого куска теста. Технологический прием увлажнения пекарной камеры обеспечивает снижение температуры поверхностного слоя теста [14]. Поэтому мы решили увлажнить поверхностный слой крупы перед термообработкой.

На рисунках 3.1.1. – 3.1.3. представлена кинетика нагрева внешней поверхности крупы и ее центральной части при потоке инфракрасного излучения 32 – 34 кВт/м² с увлажнением и без него.

Рисунок 3.1.1. Кинетика нагрева внешней поверхности перловой крупы и ее центральной части при мощности лучистого потока инфракрасного излучения 32 – 34 кВт/м²

Рисунок 3.1.2. Кинетика нагрева внешней поверхности гречневой крупы и ее центральной части при мощности лучистого потока инфракрасного излучения 32 – 34 кВт/м²

Рисунок 3.1.3. Кинетика нагрева внешней поверхности рисовой крупы и ее центральной части при мощности лучистого потока инфракрасного излучения 32 – 34 кВт/м²

При прогреве крупы (с неувлажненной поверхностью) влажностью 14 – 18% в этом режиме (Е = 32 – 34 кВт/м²) на температурных кривых нет перегиба в зоне испарения воды (100°С), то есть поглощение тепла (энергии) настолько велико, что оно компенсирует эффект внутренних эндотермических процессов и обеспечивает быструю аккумуляцию тепла в массе образца. Это явление отмечалось многими авторами [25, 102, 122].

Исследования показали, что нанесенная на поверхность крупы влага (в количестве 1,5 – 2,0% от массы) впитывается оболочкой, и за 4 – 5 минут перемешивания и последующей отлежки в течение 8 – 10 минут влажность поверхностного слоя оболочки толщиной 0,4 мм достигает 28 – 29% у гречневой крупы, 29 – 30% - у перловой и 32 – 33% - у рисовой.

Лучистый поток мощностью 32 – 34 кВт/м² препятствует диффузии влаги из крупы (явление термовлагопроводности). Часть распыленной воды в количестве до 1% испаряется с поверхности крупы, охлаждая ее. Остальная часть перемешается внутрь крупы, нагревается, превращается в пар, и создает добавочное избыточное давление, в результате чего эффективность разрушения структуры зерновки увеличивается.

Кинетика нагрева неувлажненной крупы показывает, что обезвоживание ее поверхности и центральной части идет так быстро, что кривые 1 и 3 не задерживаются на уровне 100°С. При обработке крупы, поверхность которой имеет влажность 28 – 29%, на кривой 2 заметна довольно длительная приостановка нарастания температуры. В то же время центральный слой нагревается с прежней интенсивностью (рис.3.1.1. – 3.1.3). Это связано с тем, что проницаемость (пропускательная способность) воды для светлого излучения при длине волны 0,5 – 1,2 мкм максимальна и лучистая энергия проникает внутрь крупы, благодаря чему она интенсивно прогревается [25].

Увлажнение поверхности крупы вызывает уменьшение отражательной способности, особенно это важно для риса, так как вода играет роль просветляющей пленки [60]. Поэтому нагрев рисовой крупы проходит так же быстро, как и гречневой.

Испарение воды с поверхности и перемещение ее в центр зерновки за счет термовлагопроводности позволяет получить практически одинаковую температуру обработки крупы до разрушения ее структуры. После разрушения структуры, которое сопровождается характерным треском и снижением температуры, процесс инфракрасной обработки необходимо прекратить в связи с ее быстрым перегревом (рис. 3.1.1. – 3.1.3.).

Градиент температуры поверхности и центра крупы при инфракрасной обработке круп с увлажнением во время выброса пара наружу составляет 6 – 8°С независимо от вида крупы. В то же время разность температур у круп без увлажнения поверхности составляет 25 – 35°С. Необходимо отметить, что момент выброса пара из крупы сопровождается снижением температуры продукта на 3 – 5°С, что связано с затратами тепла на испарение. У рисовой крупы этот процесс наблюдается менее явно, так как поверхность плохо сдерживает накапливающийся в зерновке пар и его небольшое количество не снижает температуру зерновки.

Таким образом, испарение воды с поверхности крупы позволяет снизить градиент температуры между поверхностью крупы и ее центром в 4 раза и избежать обгорания.