Режимы сушки различных типов сушилок

При выборе и разработке режимов сушки необходимо учитывать две основные особенности макаронных изделий (высушиваемых материалов):

♦ при снижении влажности изделий от 29...30 до 13...14% происхо­дит сокращение их линейных и объемных размеров (усадка) на 6...8%;

♦ в процессе высушивания изменяются структурно-механические свойства изделий.

♦ Трубчатые размерные (длинные) из­делия сушат при невысокой температу­ре (30...40 °С) в течение 20-24 ч, а иногда даже 36 ч. При температуре 50...55 " С продолжительность сушки со­ставляет 12...14 ч (режим нормальной сушки).

♦ Короткорезаные - при температуре 50..55 °С сушат в течение 4-8 ч

♦ При режимах высокотемпературной сушки 70.85 °С длинноразмерные изделия сушат 10 ч, короткие - около 3-6 ч.

♦ Супервысокотемпературную сушку проводят при 100...130º С. Длинноразмерные изделия сушат 4-6 ч, короткорезаные - от 1 ч 20 мин до 2 ч 40 мин.

♦ Приведенные параметры процессов соответствуют изменению исходной влажности продукта от 30% до 12, 5%

Сушку проводят в сушилках различно­го типа: безкалориферных, конвейер­ных, камерных и др

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;

сушилка 2ЦАГИ- 700 параметры воздуха:

Температура 30-35 º С;

Влажность 65-70 %

♦ высокотемпературные (ВТ) режимы, когда температура воздуха на определенном этапе сушки достигает 70...90°С;

Паровая конвейерная сушилка типа КСК-4Г-45. параметры воздуха:

Температура 50-70 º С;

Влажность 60-75 %

Регулирование давления пара, а следовательно, температуры воздуха в сушилке осуществляется вручную вентилями на входе пара в калориферы

♦ сверхвысокотемпературные (СВТ) режимы, когда температура воздуха превышает 90°С.

Сушилка МАКС- И 200, параметры воздуха:

Температура 80-95 º С;

Влажность 60-82 %

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, то есть 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. Все слои изделий сокращаются приблизительно равномер­но: усадка изделий увеличивается прямо пропорционально снижению их влажности

♦ При жестких режимах сушки, то есть 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: 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 (график 5).

10 15 20 25 30

Влажность макарон, %

График 5 Кривые усадки макарон при режимах сушки:

1- мягком; 2- жестком

Рис. 4. Деформация сырых макаронных изделий при же­стком режиме

Сушки

а — на рамке; б — на бастуне

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. Этот вывод находит практическое применение при сушке изделий в сушилках поточных линий, в 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 при использовании герметичной упаковки, например полиэти­леновых пакетов, произойдет конденсация влаги на внутренней по­верхности упаковки.

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, то есть 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 температурно-влажностные ус­ловия стабилизации и охлаждения высушенных изделий должны соот­ветствовать одинаковой равновесной влажности их, то есть быть на уровне 13%. Сравнивая влияние разных температурных режимов (НТ, ВТ и СВТ) на качество макаронных изделий, надо отметить, что высокотем­пературные режимы способствуют улучшению качества изделий по ря­ду показателей.

Итальянскими, французскими, швейцарскими и немецкими ис­следователями было выявлено благотворное влияние температур суш­ки в пределах 70...90°С на цвет высушенных изделий: в результате теп­ловой инактивации фермента полифенолоксидазы замедляется или предотвращается процесс ферментативного потемнения и цвет изделий становится более светлым по сравнению с изделиями, полученны­ми в результате традиционной низкотемпературной сушки.

Представление нового вида сушки на примере разработки НПО «Физика–Солнце» АН РУз

Производство макаронных изделий включает ряд операций. Основная и наиболее важная - сушка макаронных изделий Разные виды изделий сушат при различных температурах. В связи с этим и время сушки будет различным.

При известных методах чрезмерно ускоренная сушка приводит к растрес­киванию и, соответственно, к увеличе­нию количества лома и крошки. А за­медленная сушка (особенно при до­полнительном увлажнении камер) - к развитию в макаронных изделиях вредной микрофлоры кислотообразу­ющих бактерий (повышающих кислот­ность изделий), мицелиальных грибов и Вас1.levans, вызывающих вспучивание макаронных изделий, приводящих изделия в негод­ность.

Основные задачи при производстве макаронных изделий: увеличение про­изводительности при снижении энер­гозатрат; улучшение потребительских качеств готового товара (внешний вид, развариваемость) и, главное, повыше­ние пищевой ценности продукта.

Всего этого можно достичь, приме­няя в технологическом процессе сушки специально подобранную по функцио­нальному назначению керамику, син­тезированную на солнечной печи, на­несенную на излучающие ИК-элементы.

Используя подобные элементы, был рассчитан, спроектирован и изготовлен экспериментальный конвейер для суш­ки макаронной продукции. Он был ис­пытан на базе цеха по производству макаронных изделий компании «Цес-на-Тау», которая любезно предостави­ла нам возможность тестирования ме­тода и устройства

(г. Алма-Ата, республика Казах­стан).

Исходные данные конструкции:

· су­шилка транспортерного типа с лентой-сеткой шириной 600 мм,

· длина рабо­чей зоны - 3550 мм,

· рабочая длина элементов - 620 мм (элементы распо­ложены перпендикулярно движению ленты сверху над продуктом и снизу под сеткой);

· основа элементов - квар­цевая трубка диаметром 12 мм;

· общее количество - 64 излучателя;

· суммар­ная габаритная мощность - 9400 Вт.

Излучающие элементы имели раз­личные электрические параметры в зависимости от их местоположения в рабочей зоне линии. Рабочая зона была разбита на три участка с различной ак­тивностью излучения керамики. В на­чале линии формировался большой поток лучевой энергии, где температу­ра продукта во всей массе ускоренно доводилась до заданного режима суш­ки. Затем продукт попадал в основную зону интенсивной сушки. После чего в третьей зоне глубинной сушки, с уменьшенной скоростью возгонки, влажность продукта доводилась до минимально возможной при заданных скоростях линии и ее ограниченной длины.

Основное назначение эксперимен­тального конвейера изначально состо­яло в демонстрации возможности при­менения специальной функциональ­ной керамики в процессах сушки мака­ронных изделий.

Сравнение проводили с итальянским оборудованием цеха (технический проект технологического процесса производства макаронных изделий вы­полнен в организации Z.D.J проектировщиком Др. Милан Жежель). Наилучший вари­ант традиционного процесса сушки представлен в табл. 1.

Сушку проводили в сушилке шкаф­ного типа (по производительности, равной экспериментальному конвейе­ру), имеющей мощность 31000 Вт.

Данные по экспериментальной суш­ке:

· мука (крупка) из мягкой пшеницы по ГОСТ 20394-87;

· исходная влаж­ность теста - 30 % (тесто без добавки яиц и обогатителей);

· время нахожде­ния продукта в рабочей зоне конвейе­ра - 7 мин 30 с;

· форма макаронных из­делий - лапша (пластина шириной 15-17 мм с волнистыми краями и длиной 20~30 мм)

· рожки (наружный диа­метр около 5 мм, толщина стенок 1, 5 мм, длина 20-30 мм). Размеры ука­заны для сухих изделий.

Пробная работа на эксперименталь­ном конвейере показала, что изделия после сушки были твердоупругие, на изломе стекловидные, с равномерной структурой по глубине.

Определяя динамику сушки, измеря­ли массу контрольных участков. Для этого выполнили три навески по 1000+/-2г. Транспортерная лента была загружена полностью по всей длине.

Контрольные зоны были расположе­ны среди потока продукта. После одно­го прогона продукта через активную зону за 7 мин 30 с получили следующие результаты (табл. 2).

В среднем остаточная масса после прогона составила 880, 76 г, что соот­ветствует 20%-ной остаточной влажно­сти при 30%-ной влажности исходного теста.

Из приведенных графиков динамики сушки рис. 1 видно, что в сравнении с контрольной сушкой на стандартом оборудовании конвекционного типа (такой же производительности), где подобные результаты были получены через 60 мин, ИК-сушка с применени­ем функциональной керамики по вре­мени прошла в 8 раз быстрее (табл. 3).

На единицу продукции эксперимен­тальным конвейером затрачено в 26 раз меньше энергии по сравнению с традиционным методом.

Часть контрольной партии продукта пропустили через активный участок транспортера дважды (табл. 4, п. 2).

Изделия, прошедшие предваритель­ную сушку, разложили на кассетах и оставили на воздухе для охлаждения и стабилизации продукта. По внешнему виду готовые изделия не отличались от аналогичных изделий, полученных тра­диционным способом сушки по техно­логии, представленной в табл. 1.

Важное потребительское свойство макаронных изделий - их состояние после варки, которую проводили со­гласно ГОСТ 14849-89. Результаты варки см. в табл. 4,

При сравнении п. 1 и п. 3 (даже с учетом увеличения времени варки с 12 до 16 мин) наглядно видно, что изде­лие не разварилось и не слиплось.

Двойной прогон под активной зоной контрольной партии продукта с проме­жуточным остыванием (п. 2) привел к некоторому ухудшению потребительс­ких свойств по сравнению с однократ­ным. Это объясняется тем, что процесс сушки с применением функциональ­ной керамики нельзя прерывать, уда­ляя продукт из активной лучевой зоны, так как при этом нарушается динамика сушки и происходят необратимые из­менения продукта, ухудшающие его потребительские свойства.

Процессы сушки макаронных изде­лий с использованием избирательных ИК- преобразователей в значительной степени отличаются от обычных. В про­цессе сушки необходимо обеспечивать непрерывный отвод паров, выделяю­щихся из продукта, при помощи про­дуваемого воздуха. Поскольку пар, вы­деленный продуктом, препятствует прохождению лучей вглубь структуры и массы самого продукта, энергия лу­чей начнет поглощаться паром. Он пе­регревается, что приведет к вторично­му нагреву продукта и нарушению ди­намики процесса сушки. Последняя, может в значительной степени замед­литься, что приведет к порче самого продукта, который начнет «вариться» на пару. Качественные показатели нач­нут приближаться к продуктам, высу­шенным обычными традиционными способами. Применение закрытых ка­мер с дополнительным увлажнением недопустимо. Вышеприведенные дан­ные были получены без использования контрольной сушкой на стандартом оборудовании конвекционного типа (такой же производительности), где подобные результаты были получены через 60 мин, ИК-сушка с применени­ем функциональной керамики по вре­мени прошла в 8 раз быстрее (табл. 3).

Включение вентиляции время, мин График 2 Динамика процесса сушки в замкнутом пространстве: 1-сушка при слабой вентиляции помещения 2, 3- сушка при включении общей приточно-вытяжной вентиляции