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 % происходит сокращение их линейных и

объемных размеров на 6...8 %:

в процессе высушивания изменяются структурно-механичес­кие свойства изделий.

Рис . 4 Кривые равновесной влажности макаронных 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;

сверхвысокотемлературные (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. 1, а). 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 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. 5): 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 (рис. 5).

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.

Из изложенного вытекает важный вывод, что 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.

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 в 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 лри 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 нестаби-лизированных 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 ипревращение 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 изделийведет к бы­строму испарению из него влаги. И хотя возникающий при этом градиент температуры направлен в ту же сторону, что и градиент влажности, — внутрь изделия, влага не успевает подойти из внут­ренних слоев к поверхности в силу низкой влагопроводности плотной структуры высушенных изделий (см. рис. 48, б).

При высокотемпературных и сверхвысокотемпературных ре­жимах сушки, когда температура воздуха превышает соответст­венно 70 и 90 *С, макаронные изделия остаются в пластическом состоянии вплоть до 16...13%-ной влажности (в зависимости от температуры). В этом случае критическая влажность изделий W* (см. рис. 49), 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 тем-пературно-влажностные условия стабилизации иохлаждения 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. 51), 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. 54, 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.

Сушка макарон в шкафных сушилах.

Сушка макарон в шкафных сушилках.Для сушки макарон в шкафных сушилках используют лотковые кассеты . Высушивание осуществляют обычно в шкафных бескалорифер­ных сушилках типов ВВП, 2ЦАГИ-700, «Диффузор».

Сушилка ВВП состоит из деревянного шкафа 4 глу­биной 1600 мм, шириной 1260 мм и высотой 2010 мм. Каркас шкафа изготавливают из деревянных брусков, кото­рые обшивают фанерой. На крышке шкафа крепят кожух 3 и электродвигатель 1 с наса­женным на его вал осевым вентилятором 2. Лопасти вен­тилятора расположены внутри кожуха, направляющего поток воздуха в шкаф, а электродви­гатель — вне кожуха, перед вентилятором.

В шкаф сушилки устанавли­вают 156 двойных кассет 5: два Ряда по глубине, три — по ши­рине й 26 кассет по высоте. Вместимость шкафа по сухим изделиям равна 600 кг. При использовании одинарных кас­сет их устанавливают по глуби­не в четыре ряда.

Макароны сушат, продувая воздух через макаронные трубки, лежащие в кассетах. При этом используется воздух сушильного отделения, параметры которого поддерживаются на постоянном уровне (сушка с постоянной сушильной способностью воздуха), а именно: температура 30...35 °С, относительная влажность 65...70 %. Воздух в сушильном помещении нагревается либо от батареи радиаторов отопления, либо калорифером, через кото­рый в помещение нагнетается свежий воздух взамен части отса­сываемого из помещения увлажненного отработавшего воздуха.

Для более равномерного высушивания периодически, через 1 ч, меняют направление движения воздуха в сушильных уста­новках на противоположное, переключая электродвигатель на работу в обратном направлении, т. е. реверсированием электро­двигателя.

Продолжительность сушки при указанных параметрах воздуха должна составлять от 20 (для макарон большого диаметра) до 24 ч (для макарон малого диаметра). Стремление сократить про­должительность сушки путем использования более сухого воздуха или увеличением скорости движения воздуха приводит к получе­нию большого количества растрескавшихся макарон. С другой стороны, необходимо следить, чтобы влажность воздуха в су­шильном отделении не увеличивалась более 70...75 % во избежа­ние закисания и плесневения макарон, особенно во внутренних рядах кассет.

При сушке в лотковых кассетах макароны подвергают обдувке воздухом с внутренней и наружной поверхностей трубочек. Однако из-за неравномерного соприкосновения ма­карон происходит неравномерное удаление влаги с их поверх­ности, аследовательно, неравномерная усадка изделий. Это приводит к сильному искривлению изделий во время сушки, что значительно снижает их качество, увеличивает расход тары для упаковки. Кроме того, тесное соприкосновение трубочек в кассете и невозможность быстро удалить влагу в начальной стадии сушки зачастую приводят к слипанию трубок между собой, образованию слитков.

Существенными недостатками данного способа сушки явля­ются также затраты большого количества ручного труда и тяже­лые климатические условия для работы в сушильном отделе­нии — повышенные влажность и температура. Однако этот спо­соб сушки макарон не требует сложного дорогостоящего оборудования и больших производственных площадей.

С целью устранения ручного труда на ряде макаронных пред­приятий были созданы механизированные поточные линии по производству макарон с сушкой в лотковых кассетах.

Сушилки механизированных поточных линий конструируют из нескольких шкафных аппаратов, устанавливаемых в один или два ряда. С обеих сторон аппаратов (в однорядных сушилках) или между рядами аппаратов (в двухрядных сушилках) медленно перемещаются стопки кассет с высушиваемыми макаронами. Су­шилки обычно заключают в кожух, что позволяет интенсифици­ровать процесс сушки путем использования более высоких тем­ператур воздуха — до 40...45 °С с одновременным увеличением влажности до 70...75 %.

Чаще всего используют конструкцию сушилки с десятью вен­тиляционными установками, которая не обеспечивает достаточ­ной продолжительности сушки и требует использования сушиль­ного воздуха с повышенной сушильной способностью. Поэтому для выработки прочных макарон необходима сушилка с большим числом вентиляционных установок.

Сушка короткорезаных изделий в шкафных сушилках. Для сушки короткорезаных изделий тоже могут быть использованы представленные выше безкалориферные шкафные сушилки. В этом случае изделия распределяют слоем 2...3 см на сетчатых рамках, которые друг над другом устанавливают в сушилку. Од­нако для этих целей в настоящее время большое распростране­ние в цехах небольшой производительности получили шкафные сушилки разнообразных конструкций с индивидуальными возду­хонагревателями: чаще — электрическими с батареей ТЭНов мощностью 3...8 кВт, реже — паровыми калориферами.

Принцип высушивания остается прежним: вентилятор осу­ществляет непрерывное движение воздуха внутри шкафа, про­гоняя его над поверхностью изделий, рассыпанных на рамках. Однако в данном случае шкаф закрывается дверцами, и благодаря наличию воздухонагревателя (обычно перед венти­лятором) и отверстий с шиберами для регулирования подсоса свежего воздуха и выброса части отработавшего воздуха в шкафу можно устанавливать необходимые режимы сушки с температурой воздуха до 60...65 °С и относительной влажнос­тью до 80 % (за счет испарившейся из изделий влаги). В связи с этим имеется возможность, с одной стороны, варьи­ровать параметры сушки в широких диапазонах и, с другой стороны, поддерживать их на заданном уровне с достаточной степенью точности.

Для сушки короткорезаных изделий в закрытых шкафных су­шилках можно применять разнообразные варианты режимов, например:

сушка с постоянной сушильной способностью воздуха при температуре 45...50 "С и относительной влажности 70...80 % до влажности изделий 13,5... 14,4 %;

трехстадийный режим сушки: первая стадия — предваритель­ная сушка при температуре 55...60 °С и относительной влажнос­ти воздуха 70...80 % до влажности изделий 20...21 %; вторая ста­дия — отволаживание в течение 30...45 мин при отключении обо­грева и вентиляции и при закрытых дверцах сушилки: влага из изделий при этом не испаряется, происходит выравнивание влажности изделий по всей их массе; третья стадия — оконча­тельная сушка при температуре 40...45 "С и относительной влаж­ности воздуха 70...75 % до влажности изделий 13,5... 14,5 %.

В обоих случаях длительность сушки зависит от формы изде­лий, толщины слоя изделий на рамках, скорости движения воз­духа и определяется экспериментальным путем.

После окончания сушки целесообразно стабилизировать изде­лия путем медленного остывания в шкафу в течение 2...3 ч при отключенных нагреве и вентиляции и при закрытых дверцах.

Некоторые фирмы, в частности «Паван» (Италия), предлагают поставку шкафных сушилок для короткорезаных изделий в ком­плекте с установкой для первичной подсушки — трабатто. Назначение этой установки — создание на поверхности сырых короткорезаных изделий подсушенной корочки, препятствующей слипанию изделий в процессе их дальнейшей сушки в слое на рамках.

Полу­фабрикат изделий перемещается последова­тельно по всем сеткам. Регулируя частоту вращения приводных барабанов вариатором, можно в определенных пределах изменять толщину слоя изделий на лентах транспортеров и продолжитель­ность пребывания изделий в сушилке.