CУШКА, СТАБИЛИЗАЦИЯ И ОХЛАЖДЕНИЕ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Сырые макаронные изделия — удобная среда для протекания различных биохимических и микробиологических процессов. Для предотвращения развития этих процессов изделия подверга­ют консервированию обезвоживанием — сушке до влажности не более 13 %.

Сушка макаронных изделий — наиболее длительная стадия процесса их производства. От правильности ее проведения во многом зависят такие показатели качества готовой продукции, как прочность, стекловидность излома, кислотность. Очень ин­тенсивное удаление влаги может привести к растрескиванию из­делий, чрезмерно длительная сушка на первой стадии удаления влаги — к закисанию изделий, а при сушке в слое — к образова­нию слитков, к деформированию продукта.

Высушивание обычно заканчивают по достижении влажности 13,5... 14 %, чтобы после остывания перед упаковкой влажность их составляла не более 13 %.

Уплотненное макаронное тесто и сырые макаронные изделия относятся к коллоидно-капиллярно-пористым материалам, в ко­торых различают три вида формы связи влаги: химическую, фи­зико-химическую и физико-механическую. Однако в сырых из­делиях наблюдаются главным образом две первые формы связи влаги.

Химически связанная вода входит в состав молекул вещества и может быть удалена из него только химическим взаимодейст­вием или прокаливанием. При сушке химически связанная вода не удаляется.

Физико-химическая связь влаги включает два вида: адсорбци­онную и осмотическую.

Адсорбционно связанная влага представляет собой жидкость, удерживаемую на внешней и внутренней поверхностях мицелл — частиц размером от 0,1 до 0,01 мкм, которые в макаронном тесте и сырых изделиях представляют собой отдельные свернутые це­почки молекул белка и крахмала или их группы (конгломераты).

Осмотически связанная влага находится во внутреннем про­странстве мицелл.

В уплотненном макаронном тесте и сырых изделиях большая доля влаги связана осмотически.

При сушке макаронных изделий происходит удаление адсорб­ционно и осмотически связанной влаги, причем вначале удаля­ется как наименее прочносвязанная осмотическая влага, а затем как более прочносвязанная адсорбционная. Кроме того, в пер­вую очередь отделяется влага, удерживаемая крахмальными зер­нами, а затем белками.

Во время высушивания продукта вода, содержащаяся в нем, превращается в пар и удаляется. Для превращения воды в пар необходимо затратить определенное количество тепловой энер­гии. В зависимости от способа передачи теплоты материалу раз­личают несколько способов сушки. В подавляющем большинстве высушивание макаронных изделий осуществляется конвектив­ным способом.

КОНВЕКТИВНЫЙ СПОСОБ СУШКИ

Конвективный способ сушки основан на тепло- и влагообмене (массообмене) между высушиваемым материалом (сырые ма­каронные изделия, полуфабрикат) 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. По такой схеме происходит удаление осмотически связан­ной влаги. Адсорбционно связанная влага превращается в пар внутри материала и в виде пара перемещается к поверхности.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СУШКИ

Основной параметр высушиваемого материала (в частности, макаронных изделий) — это содержание в нем влаги, т. е. его влажность.

Влажность материала выражают либо по отношению к общей массе (относительная влажность W, %):

W=( т_w /т)·100

где т_w — масса влаги в материале, г; т — общая масса материала, г;

либо по отношению к массе абсолютно сухого вещества мате­риала (абсолютная влажность W^с, %):

W^c = (т_вл /т_с.в)100,

где т_с.в — масса абсолютно сухого вещества материала, г;

тс.в.= т— т_вл

Мы используем практически повсеместно от­носительную влажность материала, называя ее для краткости просто влажностью.

Состояние сушильного (влажного) воздуха характеризуется рядом параметров.

Абсолютной влажностью воздуха р_п называют массу водяного пара, находящегося в 1 м³ влажного воздуха. Следовательно, р_п представляет собой плотность пара в смеси.

Относительной влажностью воздуха или просто влажностью (%) называют отношение абсолютной влажности к максимально возможной массе водяного пара, которая может содержаться в 1 м³ влажного воздуха при тех же условиях (температуре и баро­метрическом давлении).

На практике величину относительной влажности воздуха оп­ределяют психрометрическим способом, основанным на измере­нии разности между температурой сухого термометра / (факти­ческая температура воздуха) и температурой смоченного термо­метра.

Психрометр состоит из двух термометров: обыкновенного (су­хого) и смоченного (мокрого). Шарик смоченного термометра постоянно смачивается водой через кусочек материи (батист, сложенная вдвое марля и т. п.), погруженной в стаканчик с водой. Смоченный термометр укрепляют так, чтобы шарик нахо­дился от поверхности воды в стаканчике на 3...4 см.

При испарении воды показания смоченного термометра по­нижаются, и тем больше, чем суше воздух.

При определении относительной влажности воздуха в поме­щениях психрометр следует укреплять на стене в месте, наиболее характерном по температурному и влажностному режиму данно­го цеха. Не следует вешать психрометр вблизи окон, дверей, источников теплоты и в местах движения воздуха.

Относительную влажность воздуха определяют по разности показаний сухого и смоченного термометров по психрометричес­ким таблицам.

Сушильная способность воздуха представляет собой разность между влагосодержанием воздуха при полном насыщении (φ = 100 %) и влагосодержанием этого воздуха в данных услови­ях (при данных температуре и давлении), т. е. характеризуется количеством влаги, которое может поглотить 1 кг воздуха до полного его насыщения.

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СУШКИ

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

отдает материалу энергию (теплоту), необходимую для превра­щения воды в пар;

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 важность, тем интенсивнее он будет поглощать испаряющуюся влагу. Кроме того, интенсивность высушивания зависит от скорости движения воздуха над материалом: чем выше скорость воздуха, тем быстрее отводится от материала испарившаяся влага. Следовательно, основными параметрами сушильного воз­духа, определяющими скорость высушивания изделий, являются температура t, 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 ∆W, 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. 1, а). Явление перемещения влаги под влиянием градиента влажности называ­ют влагопроводностъю или концентрационной диффузией.

При прогреве высушиваемых изделий возникает также гради­ент температуры ∆t, 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. 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 термовлагопроводности (рис. 1, б).

Процесс сушки макаронных изделий графически изображают в виде кривой сушки, характеризующей изменение средней влажности изделий во времени. Характерный вид кривой сушки макаронных изделий представлен на рис. 2.

Начальный небольшой участок кривой указывает на прогрев сырых изделий с начальной влажностью W_т . 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 прочносвязанной 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. 3).

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 (см. рис. 49 и 50).

Иными словами, сушильному воздуху с определенными параметрами со­ответствует определенная 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. 4).

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.

При выборе режима сушки макаронных изделий надо исполь­зовать соответствующую кривую равновесной влажности. Так, если изделия сушат воздухом температурой 50 °С, то по соответ­ствующей кривой (см. рис. 51) можно определить, что для дости­жения изделиями влажности, например, 13 % относительная 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 изделии имеют S-образный характер, типичный для коллоидных тел. Нижняя часть кривых, обращенная выпуклой частью к оси влажности 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.