Сушка отформованных нарезанных макаронных изделий - завершающий этап производства макарон, от которого зависит та кой важнейший показатель, как качество продукции. Осуществляется в специальных сушильных аппаратах, в которых применяется конвективный способ подвода тепла. Этот способ заключается в непосредственном соприкосновении высушиваемого продукта с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют
Сушильная установка для макаронных изделий состоит из камеры, где происходит обезвоживание продукта; калорифера, где подогревается сушильный воздух; приточно-вытяжной системы для подачи подогретого и отвода отработанного воздуха. Калорифер может быть расположен как внутри сушильной камеры, так и вне ее. В зависимости от способа обогревания теплоносителя используются калориферы с водяным или паровым обогревом.
Макаронные сушильные установки различаются способами размещения высушиваемого материала внутри камеры (рамки, кассеты, бастуны, ячейки) или устройствами для его перемещения.
По конструкции сушильные установки подразделяются на конвейерные, барабанные и шкафные, по принципу действия - на непрерывнодействующие, цикличные и периодические; по назначению - на оборудование для сушки коротких или длинных
Установка для предварительного подсушивания коротких макаронных изделий входит в состав автоматизированной линии и предназначена для первичной подсушки макаронных изделий в целях прогрева продукта и предупреждения их слипания в процессе дальнейшей сушки.
Установка для предварительного подсушивания размещается под площадкой пресса, между его опорами. Основными узлами установки (рис. 4.18) являются блок сит с механизмом привода и система обогрева и вентиляции. Основное конструктивное отличие установки - количество ситовых уровней, которое может быть от одного до семи, но, как правило, нечетное.
Установка имеет сварной каркас /, выполненный из стального профиля. Внутри расположены одно над другим (в данном случае пять) металлические вибрирующие сита 8. Каждое сито представляет собой сетку из нержавеющей стали, натянутую на деревянную или металлическую раму прямоугольной формы и закрепленную в металлическом каркасе. На концах каждого из четырех верхних сит (по ходу продукта) имеются прямоугольные окна, через которые сырые изделия пересыпаются сверху вниз с сита на сито. Нижнее сито соединено с лотком 6, который выступает за пределы камеры с противоположной от загрузки стороны.
На стенке каркаса со стороны выгрузки изделий закреплен привод сит, состоящий из электродвигателя клиноременной
передачи с двухступенчатыми шкивами, эксцентрикового вала и двух пар шатунов.
Первая пара шатунов соединена с набором из первого, третьего и пятого сит, вторая - с набором из второго и четвертого сит.
При работе установки наборы сит совершают возвратно-поступательное движение в противоположных направлениях относительно друг друга, что обеспечивает перемещение сырых изделий по первому, третьему и пятому ситам вперед, по второму и четвертому - в обратном направлении. Таким образом, перемещаясь по ситам сверху вниз, сырой продукт последовательно в течение 2…3 мин проходит путь около 10 м, за это время из изделий удаляется до 3 % влаги.
На торцевых сторонах каркаса камеры каждой секции под ситами установлено по два калорифера 3 и по два осевых восьмилопастных вентилятора 4. В калориферы подается горячая вода. Вентиляторы непрерывно подают воздух, нагнетая его сквозь блок сит. Воздух забирается из помещения цеха через регулирующие шиберы 2 и 5 в обшивке камеры.
Установленный на торцевой стенке секции камеры центробежный вентилятор 7 предназначен для удаления избытка влажного отработанного воздуха из секции.
Обшивка камеры состоит из деревянного или металлического каркаса, облицованного с внутренней стороны нержавеющей сталью, с наружной - пластиком. Между ними проложен термоизоляционный материал - пенопласт. Для облегчения доступа к вентиляторам, электроприводам и калориферам стенки камеры изготовлены съемными.
Рис. 4.19. Конвейерная сушилка КСК-45
Конвейерная ленточная сушилка КСК-45 состоит из следующих основных частей (рис. 4.19): пяти ленточных конвейеров 4, двух приводных колонок 72, паровых калориферов 2, вентиляционной системы 9 и пульта управления сушилкой.
Каркас 1 сушилки сборный металлический, выполнен из профильного и листового проката, снаружи облицован металлическими щитами, имеет двери. Толщина слоя термоизоляционного материала 42 мм. Для наблюдения за процессом сушки продукта, отбора проб, очистки сеток и ремонта с боковых сторон сушилки установлены съемные щиты с окнами 7, а с торцевых- двери. Для наблюдения за температурным режимом установлены угловые термометры 8.
Внутри сушилки один под другим расположены пять пар барабанов диаметром 340 мм каждый, на которые натянута металлическая сетчатая лента 3 шириной 2000 мм из нержавеющей стали, при этом общая площадь сушильной поверхности лент 45 м2. Каждая пара барабанов относительно другой смещена по длине, что позволяет продукту пересыпаться с ленты на ленту.
Для очистки поверхности барабанов от налипающего продукта на всех пяти натяжных барабанах установлены скребки. В местах ссыпания продукта с верхней ленты на нижнюю установлены поворотные направляющие шибера 5.
Сушилка обогревается паровыми ребристыми калориферами, расположенными между ведущей и ведомой ветвями сетчатых лент всех пяти конвейеров. Калорифер 2 каждого конвейера состоит из двух последовательно соединенных батарей, каждая из которых представляет собой две продольные трубы с наружным диаметром 44,5 и внутренним 39,5 мм с отверстиями, в которые вставлено 16 поперечных труб с наружным диаметром 38 и внутренним 33 мм. На поперечных трубах навиты металлические полоски шириной 30 мм и толщиной 1 мм так, что образуются ребра в количестве 100 на 1 м длины трубы. Площадь поверхности нагрева каждого калорифера 140 м2, общая площадь поверхности калориферов сушилки 700 м2. Источником тепла для калориферов служит пар, который поступает от паросиловой установки под давлением 0,3…0,8 МПа по трубопроводу через регулирующий клапан и впускной коллектор 6, а от них через впускные вентили к каждому ярусу калориферов. Давление пара, поступающего в сушилку, контролируется манометрами, установленными на впускном и выпускном 11 коллекторах.
Сушилка оборудована вентиляционной системой, которая представляет собой две вытяжные камеры, изготовленные из листовой стали толщиной 1,5 мм и установленные над верхней лентой сушилки. В каждой камере находится по одному осевому вентилятору № 7, каждый из которых приводится в действие от электродвигателя мощностью 2,2 кВт. Вращение вентиляторов с частотой 1500 мин -1 осуществляется через клиноременную передачу. Внутри вытяжных камер перед осевыми вентиляторами установлены поворотные шиберы 10, с помощью которых можно изменять количество проходящего отработанного воздуха.
На рис. 4.20 изображена кинематическая схема сушилки КСК- 45. Движение ленточных конвейеров сушилки осуществляется от двух приводных колонок. От первой приводятся в движение первый 3, третий 2 и пятый 1 ленточные конвейеры. Вращение приводных барабанов осуществляется от электродвигателя 15 через клиноременную передачу 77, вариатор 7(5, цепную передачу 18, червячный редуктор 79 и систему цепных передач. От электродвигателя первой колонки через клиноременную передачу 14, червячный редуктор 13 и цепную передачу осуществляется вращение одного вала 4 с щетками, установленными в конце второго ленточного конвейера. Вращение аналогичного вала 6 осуществляется с помощью цепной передачи 9 и второй приводной колонки (на схеме не показана). Она имеет аналогичную конструкцию, от нее осуществляется привод второго 7 и четвертого 8 ведущих барабанов конвейерных лент, а также вращение двух валов с щетками, установленными в конце первой и третьей лент.
Над тремя верхними лентами находятся ворошители 5, которые представляют собой вал с закрепленными на нем прутками. Он расположен поперек ленты, и при вращении прутки перемешивают высушиваемые изделия, предотвращая образование комков продукта. Привод ворошителей осуществляется от электродвигателя 72 через червячный редуктор 77 и цепную передачу 10.
Сырые изделия при помощи раскладчика поступают на верхнюю ленту сушилки, где довольно быстро перемещаются над калориферами верхнего яруса. При этом испаряется более 1/3 влаги, подлежащей удалению. Далее продукт поступает на вторую ленту, которая несколько медленнее перемещается над калориферами
Рис. 4.20. Кинематическая схема сушилки КСК-45
второго яруса. Сушка продолжается здесь также довольно интенсивно, удаляется примерно еще У3 влаги. Затем изделия поступают на третью ленту, которая еще медленнее перемещается над калориферами третьего яруса, на этой ленте удаляется около 3 % влаги. Четвертая и пятая ленты имеют еще меньшие скорости, и за время нахождения на них продукт окончательно высыхает до стандартной влажности 13 %.
В процессе перемещения изделий на лентах образуется мелкая мучная крошка, которая проходит сквозь ячейки лент и собирается в нижней части сушилки на поддонах.
Подогреваемый воздух (сушильный агент) проходит через сушилку снизу вверх, подогревается в калориферах и охлаждается, проходя через конвейерные ленты с продуктом. Удаляемая из из-
Основные показатели конвейерных сушилок в автоматизированной линии ЛМГ
Показатель | Сушка в сушилке ЛМГ |
|
предварительная | окончательная |
|
Влажность продукта, %: | ||
на входе в сушилку | 27,5 | 19,5 |
на выходе из сушилки | 19,5 | |
Параметры сушильного агента: | ||
температура, °С | 30…45 | 37…48 |
относительная влажность, % | 55…83 | 75…85 |
Продолжительность сушки, ч | 2,9… 7 | 16…26 |
Число бастунов в сушилке | 4003 |
|
Расход теплоты в сушилке, кДж ч | 60200 | 140930 |
Габаритные размеры, мм: | ||
длина | 15 500 | 28 900 |
ширина | 3400 | 3826 |
высота | 4690 | 4500 |
Масса, кг: | ||
без технологической нагрузки | 9940 | 17 675 |
с технологической нагрузкой | 13 620 | 31 588 |
делий влага посредством вытяжных вентиляторов выводится в атмосферу.
Необходимый температурный режим воздуха в сушильной камере можно изменять и регулировать вручную и автоматически.
Автоматизированные конвейерные сушилки для длинных макаронных изделий входят в состав автоматизированных линий ЛМГ или ЛМВ и представляют собой две последовательно установленные теплоизолированные сушильные камеры, в которых на специальных конвейерах закреплены различные устройства для размещения и перемещения макарон на бастунах. Характеристика сушилок приведена в табл. 4.2.
Процесс сушки изделий осуществляется в два этапа: предварительная сушка при сравнительно жестких технологических режимах в первой сушильной камере и окончательная сушка при прерывистом режиме (чередование сушки и отволаживания) во второй сушильной камере.
Сушилка для предварительной сушки (рис. 4.21) представляет собой трехъярусную камеру с двумя зонами сушки - первая, нижняя, зона имеет один ярус, вторая, верхняя, зона - два яруса. Сушилка состоит из каркаса, привода, механизма перемещения бастунов, системы подогрева воздуха и системы вентиляции. На метал-
а - кинематическая схема; б - схема перемещения бастунов
лическом каркасе внутри и снаружи крепится оборудование сушилки. На рис. 4.21, а приведена кинематическая схема сушилки.
Привод сушилки обеспечивает движение механизма перемещения бастунов и цепных конвейеров 1 и 13, передающих бастуны с яруса на ярус. Привод состоит из электродвигателя 20 (см. рис. 4.21, а), клиноременной передачи 21, червячного редуктора 22, цеп ной передачи 19, цевочного редуктора 23 с двумя выходными валами. Вал 18 передает движение через систему конических редукторов 7… 9, 11, 12 и цепными конвейерами 13 на эксцентрики 2,4;6 горизонтального перемещения зубчатых гребенок; второй вал 17 через систему конических редукторов 7(5, 74 - на эксцентрики 2, 5, 79, 75 вертикального перемещения зубчатых гребенок. Привод включается бастуном, поступающим из саморазвеса в предварительную сушилку, а выключается кулачком, установленным на валу вертикального перемещения гребенок.
Механизм перемещения бастунов представляет собой зубчатые гребенки, расположенные в три яруса по всей длине сушилки. Гребенки закреплены на трех парах рамок, которые навешиваются на эксцентрики. В ярусах гребенки расположены зубьями вверх. Это позволяет осуществлять последовательное перемещение бастунов по ярусам от одного привода.
Работа механизма перемещения бастунов осуществляется следующим образом. Вначале рамки вертикального хода и закрепленные к ним гребенки находятся в крайнем нижнем положении (рис. 4.21, 5, поз. 1), при их движении гребенки ярусов совершают ход вверх на шаг, равный 33 мм. Гребенки первого и третьего ярусов входят в зацепление с цапфами бастунов (см. рис. 4.21, 5, поз. 11), которые находятся на направляющих. Затем приводятся в движение рамки горизонтального хода, и гребенки ярусов совершают движение слева направо (см. рис. 4.21, 5, поз. III) на шаг, равный 40 мм, при этом перемещаются бастуны первого и третьего ярусов. Далее вновь приводятся в движение рамки вертикального хода, но в обратном направлении, и гребенки опускаются на такой же шаг (см. рис. 4. 21, б, поз. IV) и затем при горизонтальном ходе рамок перемещаются в обратном направлении (см. рис. 4. 21, 5, поз. V) на шаг 40 мм. Далее цикл повторяется. Движение бастунов второго яруса аналогично движению первого и третьего ярусов с той разницей, что оно осуществляется в обратном направлении
Чтобы при вертикальном перемещении гребенок их зубья при захвате не терлись о цапфы бастунов и не сбивали бастуны с шага, в цикле движения гребенок предусмотрен их возврат на 4 мм.
На выходе из сушилки имеется вертикальный цепной конвейер 72, перемещающий бастуны с первого яруса на второй. Передачу бастунов со второго яруса на третий осуществляет цепной конвейер 7 в передней части сушилки. Цепные конвейеры работают синхронно с механизмом перемещения бастунов. При движении гребенок в горизонтальном направлении в конце каждого яруса цапфы бастунов сталкиваются на наклонную часть нейлоновых направляющих и, соскальзывая с них по наклонным пластинам, поступают в приемные окна, из которых принимаются захватами цепных конвейеров и передаются на расположенный выше ярус.
Система подогрева сушильного агента для сушки изделий состоит из калориферов, трубопроводов, насоса и арматуры. Каждая из зон сушки имеет свою систему подогрева. Необходимая температура сушильного агента внутри зон обеспечивается калориферами, работающими на горячей воде (90 …95 °С). Для первой зоны вода подается непосредственно от централизованной системы теплоснабжения предприятия через автоматический клапан. Система подогрева второй зоны работает аналогично первой, но с частичной рециркуляцией горячей воды с помощью центробежного насоса производительностью 23,5 м3/ч.
Калориферы в зонах расположены следующим образом: один на входе в сушильную камеру и четыре над первым, нижним, ярусом и между вторым и третьим ярусами верхней зоны.
Система вентиляции первой и второй зон работает с частичной рециркуляцией сушильного агента. Часть влажного воздуха с большим влагосодержанием выбрасывается из сушилки, а из производственного помещения засасывается воздух с меньшим влагосодержанием. Система вентиляции первой зоны включает в себя десять осевых вентиляторов, расположенных попарно. Два вентилятора производительностью по 2000 м3/ч установлены на входе в сушилку и забирают воздух из помещения, прогоняя его через калорифер на входе, направляют в нижнюю зону, где создается воздушная завеса, препятствующая поступлению воздуха помещения в сушильную камеру. Остальные четыре пары осевых вентиляторов, каждый производительностью 3000 м3/ч, обеспечивают рециркуляцию сушильного агента в сушилке с прохождением
Система вентиляции второй зоны имеет четыре пары центробежных вентиляторов марки Ц13-50: три пары вентиляторов № 3 производительностью по 3000 м3/ч осуществляют рециркуляцию сушильного агента с частичным забором его из помещения; два других вентилятора № 2 производительностью по 1200 м3/ч выбрасывают влажный воздух из второй и первой зон. Кроме того, выброс воздуха из первой зоны осуществляется через короб в передней части сушилки. Воздух обдувает изделия в сушилке параллельно прядям - сверху вниз. Для равномерного распределения потока воздуха вдоль прядей после каждого калорифера установлены распределительные решетки.
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 зависят такие показатели качества готового продукта, как прочность, стекловидность излома, кислотность. Очень интенсивная сушка может привести к растрескиванию изделий; чрезмерно длительная, а также недосушка – к их закисанию, а при сушке в слое - к образованию слитков и деформированию. Высушивание заканчивают по достижении влажности 13,5-14%, чтобы после охлаждения их влажность составляла не более 13%.
В уплотненном макаронном тесте и сырых изделиях большая доля влаги связана осмотически. При сушке происходит удаление адсорбционно и осмотически связанной влаги, причем сначала удаляется менее прочносвязанная осмотическая влага, а затем как более прочносвязанная адсорбционная. В первую очередь происходит удаление влаги, связанной крахмалом, а затем обезвоживаются белки. Тесто при высушивании крайне медленно отдает влагу, поэтому для управления процессом обезвоживания необходимо учитывать всю совокупность свойств макаронного теста.
Существует две причины, по которым влага удаляется из изделий :
1) разница температур между высушиваемым материалом и окружающей средой
2) разница во влажности между внешними и внутренними слоями изделий.
Способы удаления влаги:
1) контактный- макаронные изделия помещают на предварительно нагретую поверхность, изделия нагреваются и происходит удаление влаги.
2) конвективный – основан на тепло- и влагообмене между высушиваемым материалом (сырые макаронные изделия) 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 изделия и в виде пара перемещается к поверхности.
3) радиацией , т.е. переносом энергии от излучателя, нагретого до высокой температуры, к изделию путем магнитных колебаний.
4) сублимация – сушка предварительно замороженного продукта с удалением льда в глубоком вакууме.
В большинстве случаев сушка макаронных изделий осуществляется конвективным способом .
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.
Поэтому, чем выше температура воздуха, тем интенсивнее происходит испарение влаги из материала; чем ниже его влажность, тем интенсивнее он будет поглощать испаряющуюся влагу. Также интенсивность высушивания зависит от скорости движения воздуха над материалом: чем выше скорость воздуха, тем быстрее отводится от материала испарившаяся влага.
Режимы конвективной сушки в зависимости от температуры воздуха:
1) традиционные низкотемпературные режимы – t сушильного воздуха не превышает 60 0 С
Сушка макарон в шкафных бескалориферных сушилках типов ВВП, 2ЦАГИ-700, «Диффузор».
Сушка короткорезанных изделий в паровых конвейерных сушилках типов КСК-4Г-45 и КСК-4Г-90.
Сушка длинных изделий подвесным способом в сушилках автоматизированных поточных линий Б6-ЛМВ, Б6-ЛМГ.
Основной недостаток традиционных низкотемпературных режимов сушки – большая продолжительность процесса сушки.
2) высокотемпературные режимы - температура воздуха на определенном этапе сушки достигает 70-90 0 С.
3) сверхвысокотемпературные режимы - t сушильного воздуха превышает 90 0 С
Режим сушки –это совокупность параметров сушильного воздуха (t, w скорость), длительность сушки, наличие периодов сушки и отволаживания, их длительность и частота чередования.
Идеальным режимом сушки является такой, при котором внутренний массооперенос влаги не будет отставать от влагоотдачи с поверхности изделий. Однако осуществить такой режим сложно, т.к. процесс сушки очень замедляется, что может вызвать закисание продукта. Для ускорения процесса сушки и получения изделий хорошего качества в начальный период (при влажности теста до 20%) их сушат при жестких режимах, т.е. при интенсивной обдувке воздухом с высокой сушильной способностью. Затем, во избежание растрескивания, высушивание ведут при более мягких режимах, когда влага медленно удаляется воздухом с низкой сушильной способностью. Особенно осторожно нужно вести этот процесс на последних этапах сушки, когда влажность изделий ниже 16%. Практически эти условия соблюдаются при сушке изделий в сушилках поточных линий, где процесс разделен на 2 этапа –предварительную и окончательную сушку.
Режимы сушки в зависимости от сушильной способности воздуха:
1) трехстадийный или пульсирующий – состоит из 3 этапов:
a) предварительная сушка – длится от 30 мин до 2 ч. В течение этого времени испаряется от 1/3 до 7% влаги, которую необходимо удалить из изделий. Процесс ведут при жестких режимах, т.к. тесто пластично и нет опасности растрескивания. Цель этой стадии – ускорить сушку, стабилизировать форму сырых изделий, предотвратить их вытягивание, плесневение и закисание.
Тесто, выходящее из камеры предварительной сушки, должно иметь влажность не ниже 20%. Образовавшаяся на поверхности корочка может вызвать растрескивание продукта при дальнейшей сушке, поэтому для ее размягчения изделия направляют на отволаживание.
b) отволаживание – обдувка горячим воздухом с относительной влажностью 90-100%. При этом испарения влаги с поверхности практически не происходит, а подведенное тепло расходуется на прогрев изделий, выравнивание влажности во внутренних и наружных слоях макаронной трубки.
c) окончательная сушка – ведут при мягких режимах, т.к. изделия приобретают упругие свойства, и скорость испарения влаги с их поверхности должна быть соизмерима со скоростью ее подвода из внутренних слоев, к наружным. На этом этапе последовательно чередуют процессы сушки и отволаживания, причем отношение продолжительности сушки к времени отволаживания составляет примерно 1:2,5.
Подобный способ применяют для сушки длинных изделий в подвесном состоянии в автоматических поточных линиях ЛМБ, Б6-ЛМГ и в линиях зарубежных фирм «Паван», «Брайбанти». Все эти линии состоят из пресса, саморазвеса, сушилок для предварительной и окончательной сушки, камеры стабилизации и установки для съема изделий с бастунов.
Параметры сушильного воздуха в предварительной сушилке – t=35-450С, w= 65-75%. Окончательная сушилка представляет собой тоннель, разделенный по длине на зоны сушки и зоны отволаживания. В зонах сушки установлены калориферы для подогрева воздуха и вентиляторы. Температура воздуха в зоне окончательной сушки 35-45 0 С, w= 70-85%. По высоте тоннель окончательной сушилки разделен на несколько ярусов, по которым последовательно проходят бастуны с изделиями, пересекая поочередно зоны сушки и отволаживания.
2) сушка воздухом с постоянной сушильной способностью
При таком режиме параметры воздуха остаются от начала до окончания сушки примерно постоянными (t=35-45 0 С, w= 65-75%). Крупный недостаток этого режима в том, что сушку приходится вести при высокой сушильной способности воздуха. Такой режим возможно применить для изделий, самых стойких к деформации: суповых засыпок и короткорезаных изделий. Сушка происходит в более короткий срок, их размеры меньше, они лучше поддаются всесторонней обдувке при пересыпании.
Этот способ применяют на фабриках для сушки макарон в кассетах в бескалориферных сушилках типа ВВП, «Диффузор», 2ЦАГИ-700. Продолжительность сушки 20-24 ч.
3) сушка воздухом с изменяющейся сушильной способностью
Применяется в ленточных конвейерных паровых сушилках непрерывного действия, используемых для сушки короткорезаных изделий, типа ПКС-20, ПКС-40, КСА-80, СПК-45, СПК-90. Сушилки представляют собой камеру, внутри которой один над другим располагаются 5-5 транспортеров с изделиями, движущихся в противоположных направлениях. При этом продукт последовательно пересыпается с верхних лент на нижние и обдувается воздухом, нагреваемым в калорифере. Продолжительность сушки 30-90 мин в зависимости от размеров изделий. Свежий воздух подогревается нижним калорифером до 50-60 0 С и имеет влажность 15-20%. Проходя через слой изделий на нижней ленте, воздух отдает часть тепла и увлажняется. Поднимаясь вверх, он подогревается вторым калорифером до той же температуры, проходит слой изделий на второй ленте и т.д. В результате, на выходе из сушилки его температура достигает 40-50 0 С, а относительная влажность – 50-60%, т.е. сушка ведется воздухом с изменяющейся сушильной способностью.
Для смягчения режима сушки и повышения качества изделий устанавливают последовательно 2 сушилки, первая выполняет роль предварительной, другая – окончательной. Общая продолжительность сушки 1-3 ч, в том числе в предварительной камере 0,5 ч. Аналогичный режим используется в автоматических поточных линиях для сушки коротких изделий.
4) сушка с предварительной термообработкой сырых изделий
Такая сушка заключается в обдувке трубчатых изделий поровоздушной смесью с температурой 95-98 0 С и относительной влажностью 95% в течение 2 мин и короткорезаных изделий сухим паром с температурой 120-180 0 С в течение 30 сек с последующей сушкой, при постоянной сушильной способности воздуха.
Такая обработка изделий перед сушкой значительно сокращает процесс обезвоживания, т.к. позволяет применять жесткие режимы сушки без опасения появления трещин. При этом протекает два взаимосвязанных процесса: тепловая денатурация и клейстеризация крахмала.
Основные методы сушки макаронных изделий
Способы интенсификации сушки макаронных изделий
Биохимические изменения крахмала и белка макаронных изделий и их технологических характеристик при термообработке и сушке
Изменение структурно-механических свойств макаронных изделий, подвергнутых гигротермообработке
Массообменные характеристики и равновесная критическая влажности макаронных изделий
Установка для сушки макаронных изделий по новой технологии и обоснование целесообразности внедрения нового способа сушки
ВВЕДЕНИЕ
Макаронные изделия благодаря низкой влажности могут длительное время сохраняться. Высушивание их является энергоёмким и длительным процессом из всех технологических стадий производства макарон. В последнее время большое внимание уделяется предварительной подготовке объекта сушки к обезвоживанию. Целью такой подготовки является снижение энергии связи влаги с материалом и изменение его теплофизических характеристик, обеспечивающих возможность применения "жестких" режимов сушки без ущерба для качества высушиваемого продукта.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ СУШКИ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
В макаронной промышленности в основном применяется конвективная сушка. Разработаны разновидности сушильных установок - от замкнутых камер до современных сушильных, туннельных, непрерывно действующих агрегатов, снабженных системами автоматического регулирования параметров режима сушки. Однако даже при высокой степени механизации и автоматизации этих установок процесс сушки изделий остается длительным. Известно немало исследований посвященных проблеме интенсификации этого процесса путем повышения сушильной способности воздуха; применения новых способов сушим; терморадиационный, радиационно-конвективный, сублимационный и др.
Режимы сушки, применяемые в макаронной промышленности, разнообразны. При выборе оптимального режима сушки необходимо учитывать технологические свойства макаронного теста.
Известно, что для конвективной сушки применяется в основном два типа режимов: непрерывный и пульсирующий.
Непрерывная сушка при постоянной сушильной способности воздуха проста в отношении регулирования параметров воздуха и процесса в целом. Параметры воздуха при этом режиме сушки остаются постоянными на протяжении всего процесса обезвоживания.
Основным недостатком непрерывного режима является то, что сушку проводят при высокой сушильной способности воздуха. Такой режим можно применять только для изделий стойких к деформации: суповых засыпок и порошкообразных, изделий. Сушка их происходит в более короткий срок, чем длиннотрубчатых, размеры их меньше, они лучше поддаются всесторонней обдувке воздухом за счет пересыпания.
Длиннотрубчатые изделия сушатся при трёхстадийном или пульсирующем режиме. Последний условно делится на следующие стадии. Первая стадия - предварительная сушка. Ее целью является стабилизация формы изделий предотвращение зависания, плесневения и вытягивания. "Подсушка"" длится от 30 мин до 2 ч. и протекает при сравнительно "жестких" режимах в течение которых удаляется от 1/3 до половины влаги от того количества, которое должно быть удалено за время сушки из макаронных изделий.
Такое интенсивное обезвоживание возможно только на первом этапе сушки, когда макаронное тесто пластично и отсутствует опасность появления трещин. Дальнейшее ведение процесса при "жестком" режиме невозможно, так как это приведет к растрескиванию изделий, возникший при этом большой градиент влажности и возросшие напряжения нельзя будет уменьшать, поскольку макаронное тесто приобрело свойства упругого тела.
Во избежание растрескивания проводится вторая стадия – отволаживание. Путем повышения относительной влажности воздуха добиваются "размягчения корочки" за счет увлажнения поверхностного слоя в результате происходит снижение градиента влажности и рассасываются возникшие напряжения. Этот процесс лучше вести при сравнительно высоких температурах и относительной влажности воздуха, при которых скорость диффузии влага увеличивается, а испарение влаги с поверхности уменьшается. В этих условиях продолжительность отволаживания сокращается.
Третья стадия - окончательная сушка - проводится при "мягком" режиме для того, чтобы касательные напряжения не превысили предельного значения, так как изделия находятся в состоянии упругих деформаций. При этом скорость испарения влаги с поверхности должна быть соизмерима со скоростью ее подвода из внутренних слоев к верхнему слою. На этом этапе сушку можно чередовать с отволаживанием.
Большое значение имеет медленное охлаждение продукции после ее сушки, чтобы к моменту упаковки градиент влажности был минимальным. При резком охлаждении возможно образование трещин за счет недостаточного выравнивания влагосодержания по слоям изделия.
И.М. Савиной исследован трехстадийный режим сушки короткорезанных изделий. Установлено, что на общую продолжительность сушки оказывает большое влияние количество влаги, удаляемое в период предварительной сушки. Сопоставлен трехстадийный режим сушки с непрерывной сушкой при постоянных параметрах воздуха (t = 60 °С; φ = 70 %; V = 0,9 м/сек). В обоих случаях получено хорошее качество продукта, однако продолжительность сушки при трехстадийном режиме оказалась на 20-25 % короче.
И. Т. Тараным предложен 5-ти стадийный режим сушки длиннотрубчатых макаронных изделий: предварительная сушка; кратковременное (глубокое) отволаживание; повторная сушка; длительное (поверхностное) отволаживание и досушка.
Применение многостадийного режима значительно сократила продолжительность процесса сушки до 10-12 ч.
В макаронной лаборатории ВНИИХП проведена работа по изучению сушки макарон во вращающихся цилиндрических кассетах по методу французской фирмы Bassane .
Доказана возможность получения прямых трубчатых макаронных изделий и установлено, что цилиндрическая кассета должна иметь отношение Д/L = 0,47, торцевые стенки - сплошные, гладкие, без перфораций. В кассету следует помещать изделия влажностью не более 29 %; объем кассеты заполнять сырыми изделиями на 62-65 %. Найдена зависимость скорости обдувки макарон воздушным потоком от живого сечения кассеты при различной частоте ее качания.
На основании экспериментальных данных выявлено наиболее оптимальное значение площади живого сечения обечайки для кассеты – 45 %.
Рекомендуется предварительную сушку осуществлять сушильным агентом (температура воздуха 50 °С и относительная влажность 65 %) со скоростью 5 м/с ев при амплитуде качания кассеты 140 °С и частоте ее качания 15-12 качаний в минуту. Продолжительность сушки 1,5 часа, конечная влажность полуфабриката – 22 %.
После предварительной сушки, перед началом окончательной сушки изделия необходимо подвергнуть отволаживанию в течение 60 мин при температуре воздуха 47 °С, влажности 88-94% и частоте вращения кассеты 2 об/мин.
Окончательную сушку необходимо проводить воздухом при следующих его параметрах: температура – 50 °С, относительная влажность – 80 %, скорость воздушного потока - 5 м/сек. Амплитуда качания кассеты – 180 °С, частота качания - 15 качаний в минуту, продолжительность качания и обдувки - 20 мин; отволаживание следует осуществлять в течение 40 мин при температуре воздуха 47 °С, относительной влажности 88-94 %, частоте вращения кассеты 2 об/мин. Затем цикл повторяется. Общая продолжительность сушки макарон 17-18 час.
В настоящее время в различных отраслях промышленности находит применение терморадиационный метод энергоподвода, при котором интенсификация процесса сушки достигается за счёт использования коротковолнового инфракрасного излучения.
Вопрос использования инфракрасного излучения для сушки макаронных изделий впервые изучен А. С. Гинзбургом, И. Х. Мельниковой, Н. А. Лукьяновой, И. М.Савиной и др.
Отмечено, что ввиду особенностей движения влаги под действием инфракрасных лучей наблюдается очень быстрое обезвоживание поверхностного слоя за счет появления значительного температурного перепада внутри материала. В результате резкого снижения влажности не поверхности происходит неравномерная усадка рядом лежащих слоев, что вызывает растрескивание материала. Вследствие этого непрерывное облучение нельзя применять при сушке макарон и макаронных изделий. Предложен комбинированный терморадиационно-конвективный метод сушки, при котором происходит сочетание периодического облучения сушимого материала с конвективной сушкой.
Дня макарон обыкновенных (диаметром 7 х 4,5 мм) из муки I сорта рекомендован следующий режим сушки:
| Температура среды (t С), °С...........................................................................................37 |
| Относительная влажность сушильного воздуха, % ..................................................70 |
| Скорость движения воздуха вад слоем макарон, м/сек...........................................2,6 |
| Температура генератора облучения (t г ен), °С.........................................................100 |
| Соотношение продолжительности облучения и отлежки ( ; ), сек …...5:100 |
| Расстояние от макарон до излучателей (облучение двухстороннее), мм...............40 |
| Продолжительность сушки ( ), час ……………………………….....................2,6 |
Опыты Ф. Стаффа (США) показали, что при применении инфракрасного излучения продолжительность сушки короткорезанных макаронных изделий, изготовленных из высокопротеиновой пшеничной и соевой муки, значительно уменьшается. При этом изделия приобретают коричневый оттенок.
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 и превращение 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 и охлаждения 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, а следовательно, 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.
Сушка - один из способов консервирования макаронного теста, состоящего из гидрофильных полимерных веществ. Если не удалить из него влагу, то будут развиваться микробиологические, биохимические и другие процессы, которые быстро приведут к порче продукта.
Макаронное тесто при высушивании крайне медленно отдает влагу. Для управления процессом обезвоживания необходимо учитывать всю совокупность свойств макаронного теста, помня, что основная задача технологии сушки заключается в получении продукта высокого качества при минимальных затратах энергии и труда.
Сушка макаронных изделий так же, как сушка любых других капиллярно- пористых материалов, протекает в два периода. Первый характеризуется постоянной скоростью и обусловлен интенсивным удалением влаги, менее прочно связанной с крахмалом. Во второй период, характеризующийся убывающей скоростью сушки, происходит обезвоживание белковой части изделий, которая более прочно, чем крахмал, удерживает влагу.
Свойства макаронных изделий как объекта сушки. Сырые макаронные изделия поступают на сушку при влажности 30-32,5%. По классификации П. А. Ребиндера сырые макаронные изделия, прошедшие стадию прессования, относятся к коагуляционным структурам, для которых характерно наличие упругого каркаса, образованного силами межмолекулярного сцепления белковых молекул. Подобные структуры обнаруживают пластичность, эластичность и тиксотропные свойства. При обезвоживании коагуляционные структуры постепенно утрачивают пластические свойства; одновременно нарастает их упругость, в результате чего структура упрочняется, а к концу сушки они становятся твердым хрупким телом.
Макаронные изделия при сушке до определенного предела сохраняют свойства пластичности, а начиная от влажности 25-20% упругие свойства постепенно перекрывают пластические.
Кинетика обезвоживания макаронного теста характеризуется исключительно-замедленной миграцией влаги в толще изделия. Благодаря этому смена пластических деформаций упругими идет крайне неравномерно: на подсушенной поверхности упругие деформации могут достигнуть предельной величины, в то время как глубинные слои остаются пластичными. Конечный результат структурных изменений при сушке - уменьшение объема и линейных размеров изделий.
Таким образом, у макаронного теста при сушке наиболее ярко проявляются следующие свойства:
линейная и объемная усадка, которые при нещадящих режимах сушки и большой неравномерности поля влажности могут вызывать растрескивание и искривление изделий. Способность к растрескиванию и искривлению изделий сохраняется и после сушки;
низкая влагопроводность, вызывающая отставание внутреннего переноса влаги от влагоотдачи в окружающую среду и обусловливающая неравномерность поля влажности;
тепловая денатурация белков и частичная клейстеризация крахмала при высоких температурах (сушилка ВИС- 2), приводящие к снижению прочности и ухудшению цвета изделий;
две формы связи влаги: адсорбционная и осмотическая, причем адсорбционно связанная влага перемещается в виде пара, остальная в виде жидкости;
более прочное удерживание влаги белками теста по сравнению с гигроскопическим крахмалом в связи с большей гидрофильностью белков. В первый период сушки обезвоживание идет более интенсивно благодаря тому, что в первую очередь влагу теряет крахмал.
Режимы конвективной сушки макаронных изделий . Под термином «режим сушки» понимают совокупность "параметров сушильного воздуха (температура, влажность, скорость), длительности сушки, наличия периодов сушки и отволаживания, их продолжительности и частоты чередования.
Режимы сушки, применяемые в макаронной промышленности, разнообразны. При выборе режима необходимо считаться с указанными выше технологическими свойствами макаронного теста. Во избежание искривления и растрескивания изделия следует стремиться к равномерной его сушке как по сечению, так и по длине. Идеальный режим такой, при котором внутренний массоперенос влаги не будет отставать от влагоотдачи с поверхности изделий. Осуществить такой режим сложно, поскольку при сушке в массе сушимых изделий образуется значительный градиент влажности, при котором подвод влаги из глубинных слоев отстает от ее испарения с поверхности изделия. Поэтому очень важно поддерживать такую величину градиента, при которой интенсивность сушки была бы оптимальной.
В начальной стадии сушки градиент влажности минимален, а в дальнейшем величина его возрастает. Из этого следует, что на первом этапе сушки возможны жесткие режимы, а на последующих - щадящие.
По отношению к макаронному тесту применимо следующее правило: пока оно пластично, его можно сушить быстро (напряжения и обусловливаемое ими растрескивание могут не наблюдаться, даже если разница в содержании влаги в центре и на поверхности значительна).
Для макаронных изделий наиболее широко распространены два режима сушки :
трехстадийный или пульсирующий режим ;
непрерывный, при постоянной сушильной способности воздуха .
В каждом режиме основная цель- не допустить возникновения опасных для растрескивания изделий больших градиентов влажности.
Трехстадийный режим, судя по названию, состоит из трех этапов. Первая стадия - предварительная сушка . Ее цель - стабилизация формы сырых изделий, предотвращение их закисания, плесневения и вытягивания. Подсушка длится от 30 мин до 2 ч и ведется при сравнительно жестких режимах. В течение этого времени удаляется от одной трети до половины влаги от того количества, которое должно быть удалено из макаронных изделий. Такое интенсивное обезвоживание за сравнительно короткое время возможно только на первом этапе сушки, когда макароны еще пластичны и не возникает опасности растрескивания.
Вторая стадия называется отволаживанием . Повышением относительной влажности воздуха добиваются размягчения корочки - увлажнения поверхностного слоя, в результате которого снижается градиент влажности и рассасываются возникшие напряжения. Этот процесс лучше проводить при сравнительно высоких температурах и относительной влажности воздуха, при которых скорость диффузии влаги увеличивается, а продолжительность отволаживания сокращается.
Третья стадия - окончательная сушка - проводится при мягком режиме, поскольку изделия находятся в области упругих деформаций. В этот период скорость испарения влаги с поверхности должна быть соизмерима со скоростью ее подвода из внутренних слоев к наружным. На этом этапе сушка обычно чередуется с отволаживанием.
В некотором приближении с этим режимом сходен метод сушки трубчатых изделий в кассетах в бескалориферных сушилках. Вентилятор приводится в движение реверсивным способом. С помощью реле времени электродвигатель периодически изменяет вращение вентилятора на противоположное. Сушка осуществляется по циклу: 1) прямое направление продувки воздуха; 2) краткая остановка двигателя, соответствующая стадии отволажива- ния; 3) обратное направление продувки. Весь цикл длится 30-40 мин, причем продолжительность всего цикла и его отдельных фаз может регулироваться при помощи того же реле времени.
Непрерывная сушка при постоянной сушильной способности воздуха (режим второго типа) предельно проста в отношении регулирования параметров воздуха и процесса в целом. При таком режиме параметры воздуха на входе в сушилку остаются от начала до окончания сушки примерно постоянными.
Крупный недостаток этого режима заключается в том, что сушку приходится вести при высокой сушильной способности воздуха. Такой режим можно применить для изделий, самых стойких к деформации: короткореза- ных и суповых засыпок. Сушка их происходит в более короткий срок, чем длиннотрубчатых; размеры меньше. Они лучше поддаются всесторонней обдувке воздухом благодаря пересыпанию. И тем не менее, короткорезаные изделия желательно сушить при мягком режиме, поскольку структурно- механические свойства теста и для этих изделий остаются теми же.
Новый способ сушки макарон. Способ разработан в Московском технологическом институте пищевой промышленности Е. Н. Калошиной и Г. В. Цивцивадзе под руководством Н. И. Назарова. Сущность метода состоит в особой предварительной подготовке этих трудно высушиваемых изделий: в процессе сушки вводится новая простая технологическая операция - ошпарка изделий паровоздушной смесью-гигротермическая обработка.
До сих пор задачу интенсификации сушки капиллярнопористых коллоидных материалов, к которым относятся и макароны, решали путем повышения сушильной способности воздуха. Для макаронных изделий этот путь оказался неэффективным. Авторы метода пошли по другому пути-изменению свойств макарон как объекта сушки. После гигротермической обработки изделия подвергаются сушке при жестком режиме и кондиционированию в конце обезвоживания, что обеспечивает релаксацию внутренних напряжений в готовых продуктах. Гигротермическая обработка изделий перед сушкой значительно сокращает длительность сушки, так как существенно изменяет их реологические и физико-химические свойства, вследствие чего изделия становятся способными воспринимать жесткие режимы обезвоживания, не подвергаясь растрескиванию. При этой обработке протекают два взаимосвязанных процесса: тепловая денатурация белков клейковины и модификация крахмала, которая в условиях дефицита влаги не переходит границу клейстеризации первого рода. Оба процесса ведут к снижению гидратации влаги белками теста и к упрочнению его структуры.
Исследованиями показано, что гидротермическая обработка вызывает снижение в 2 раза коэффициентов линейной и объемной усадки и увеличение во столько же раз коэффициента трещинообразования (так называемый критерий Кирпичева), в 2-3 раза возрастают показатели прочности готовых изделий. Эта тепловая обработка в сочетании с другими технологическими приемами позволяет сократить длительность сушки трубчатых изделий с 20-24 ч до 8-10 ч и одновременно улучшить совокупность биохимических и технологических качеств готовых изделий: прочность, структуру излома, цвет, внешний вид, кулинарные свойства. Длительность разваривания изделий сократилась в два раза.
гигротермообработки- температура и относительная влажность паровоздушной смеси соответственно 100°С и 98%; длительность - 2 мин;
сушки - температура и относительная влажность сушильного агента соответственно 60-70°С и 70-80%; скорость воздуха 1,0-1,5 м/с;
кондиционирования (стабилизации)- температура и относительная влажность паровоздушной смеси соответственно 90-100°С и 98%; длительность - 1 мин.
Промышленная сушка макаронных изделий. В отечественной и зарубежной промышленности применяется только конвективная атмосферная сушка макаронных изделий. Аппараты и установки, в которых осуществляется" сушка, подразделяются на две группы: конвейерные непрерывно действующие и периодические.
Группу немеханизированных установок составляют два типа сушилок: камерные и шкафные. В СССР распространены последние.
Шкафные сушилки пришли на смену камерным и явились результатом их развития. Все шкафные сушилки характеризуются малой вместимостью, позволяющей вести в определенный момент сушку изделий одного сорта. Изделия, предназначенные для сушки загружаются в передвижные вагонетки, которые затем подаются в сушильную установку. В шкафных сушилках можно осуществлять сушку трубчатых изделий в кассетах и в подвесном состоянии, короткорезаных изделий - россыпью; лапши и вермишели - на рамках и в подвесном состоянии - на бастунах.
Встречается в основном два типа шкафных сушилок: без подогрева воздуха и с подогревом воздуха (калориферные). Первые используются для сушки трубчатых изделий и подвесной сушки, вторые - для сушки коротко- резаных изделий. В связи с широким внедрением непрерывно действующих конвейерных сушилок калориферные установки шкафного типа у нас в настоящее время не производятся, но на фабриках они еще эксплуатируются.
В качестве примера на рис. 1 приведена схема шкафной сушилки ВВП, которая еще широко распространена на наших макаронных фабриках.
Рис. 1. Схема сушилки ВВП:
1 - сушильная камера; 2-кассеты; 3 - кожух вентилятора; 4 - обводной распределительный канал; 5 - вентилятор ЦАГИ-700 на валу электродвигателя.
Сушилка ВВП выполнена из дерева: каркас брусчатый, обшивка фанерная. Сторона с фронта шкафа открыта для загрузки кассет или рамок. Правильная установка кассет или рамок обеспечивается ограничительными планками. На потолке шкафа размещен электродвигатель (мощность 1 кВт, частота вращения 1400 об/мин) с насаженным на его вал крыльчатым вентилятором 5. Электродвигатель реверсивный; колесо вентилятора помещено в патрубке, через который воздух направляется в обводной распределительный канал 4, образованный задней стенкой шкафа и кассетами или рамками с сушильными изделиями. Реверсирование осуществляется автоматически через каждые 30-60 мин, в зависимости от ассортимента высушиваемого изделия.
Шкаф рассчитан на 190 сдвоенных кассет длиной 500 мм, шириной 365 мм и высотой 45 мм. По ширине аппарата помещается три ряда кассет, по длине - два, а по высоте - 40 рядов. Когда эти аппараты использовались для сушки короткорезаных изделий, в них помещалось 80 рамок размером 1100X700X45 мм. Вместимость аппарата 600 кг (по готовым макаронам).
Сушилка ВВП имеет модель ВВП-1, отличающуюся размерами. Вместимость сушильного шкафа 300 кг (120 кассет). Сушилки ВВП обычно устанавливаются блоками по две по фронту и в два ряда впритык к задним стенкам; таким образом, в блоке 4 шкафа. Шкафы по фронту образуют коридоры сушильного цеха, по которым обеспечивается свободное встречное передвижение загруженных и порожних вагонеток.
Непрерывно действующие автоматизированные сушилки в отечественной и зарубежной макаронной промышленности применяются для сушки длиннотрубчатых изделий в подвесном состоянии на бастунах и короткорезаных и штампованных изделий на ленточных транспортерах. Французская фирма «Боссано» выпускает туннельные сушилки, в которых трубчатые изделия типа макарон сушатся во вращающихся кассетах. Две такие линии будут установлены на макаронных фабриках СССР.
Тоннельные сушилки подвесной сушки, изготовляемые Ростовским-на-Дону машиностроительным заводом, входят в состав поточных линий ЛМБ, ЛМВ и ЛМГ, различающихся суточной производительностью прессов и сушильных установок. Линии ЛМБ имеют производительность 500 кг/ч, ЛМГ -1000 кг/ч. В состав поточной линии ЛМГ входит сушильная установка, показанная на рисунке в разделе технолгическая схема производства макаронных изделий:
камеры предварительной (2) и окончательной (5) сушки.
Камера предварительной сушки представляет собой туннель из стального каркаса, обшитого дюралевыми щитами. Вдоль туннеля проходит цепной транспортер, несущий бастуны с сырыми изделиями. В этой камере влажность изделий снижается на 5- 6%, благодаря чему они становятся более упругими, не обрываются и не вытягиваются.
После предварительной сушки изделия поступают в камеру окончательной сушки, состоящую из стального каркаса, обшитого дюралевыми щитами, огражденную теплоизоляционными прокладками. Из камеры окончательной сушки изделия тем же конвейером передаются в стабилизатор-накопитель для охлаждения.
Для сушки короткорезаных макаронных изделий применяются сетчато-ленточные сушилки. На рис. 2 приведена схема сушилки этого типа, которая относится к атмосферным сушилкам с циркуляцией воздуха, нагреваемого непосредственно в сушильной камере. В камере расположено четыре ленты общей площадью 80 м2. Распределительно-приемным устройством сырые изделия загружаются на верхнюю ленту, с помощью которой перемещаются вдоль верхней зоны сушилки, затем они ссыпаются на вторую ленту, со второй на третью и т. д. С последней, четвертой, ленты в готовом виде изделия передаются в охладитель-накопитель.
Движение продукта показано на рисунке стрелками.
Каждая сетчатая лента выполнена из проволоки, сделанной из нержавеющей стали, размерами 20Х200Х Х2000 мм и живым сечением около 56%.
Ленты натянуты на два барабана, один из которых является приводным, другой - натяжным, и поддерживаются роликами. Привод у лент индивидуальный, снабжен дисковым вариатором, позволяющим изменять их скорость от 0,14 до 1 м/мин, т. е. более чем в 7 раз.
В сушильной камере четыре зоны - по числу лент. В пространстве между ветвями лент расположены ребристые паровые калориферы.
Сушильная камера работает под разрежением, создаваемым вытяжной трубой, основание которой заканчивается вытяжным зонтом сечением снизу 10х2 м, сверху 3х2 м и высотой 3,4 м. Высота трубы 10 м. В камере имеются резервные вытяжные вентиляторы, с помощью которых в случае необходимости можно усилить рециркуляцию отработавшего воздуха. Из помещения цеха воздух засасывается через вентиляционные окна нижней зоны, последовательно проходит, начиная снизу, все четыре зоны, причем перед обдувкой очередного слоя изделий он подогревается в калориферах. Из верхней зоны воздух через вытяжной зонт и трубу выбрасывается наружу или частично по отводному каналу возвращается на рециркуляцию в первую зону.
После реконструкции сушилка КСА- 80 обслуживает три пресса ЛПЛ-2М.
Загрузка верхней ленты значительна, однако опасности слипания и искривления изделий нет, поскольку скорость верхней ленты доведена до 1600 мм/мин и температура воздуха в этой зоне - до 58-60°С (вместо 45- 55°С).
Второй сверху ленте задана скорость 830 мм/мин. Снижение скорости вызвало почти двукратное увеличение толщины слоя, но для второй зоны такое увеличение не опасно, так как изделия здесь уже подсохшие. Третья лента движется еще медленнее - со скоростью 770 мм/мин; слой продукта достигает максимальной толщины (60- 70 мм). Одновременно повышается температура воздуха до 68°С. В этой зоне в основном заканчивается сушка, влажность изделий близка к стандартной. В четвертой зоне (скорость ленты 770 мм/мин) поддерживается температура воздуха 38-42°С.
Недостатком сушилки КСА-80 является совмещение у ее переднего фронта загрузки сырых и выгрузки готовых изделий, что нарушает линейность потока, делая его тупиковым.
Рационализаторы Уфимской макаронной фабрики изменили способ загрузки сушилки. Они стали загружать сырыми изделиями одновременно первую и вторую ленты (сверху). Направление движения лент, кроме первой сверху, меняется на противоположное, благодаря чему производственный поток выравнивается, тупик ликвидируется.
Скорость первой и второй лент 430 мм/мин; температура воздуха в обеих зонах 58-60°С. Загрузка лент осуществляется с помощью несложной распределительной гребенки, установленной по всей ширине верхней ленты с наклоном в 45°. Попадая на зубья гребенки, изделия частично проваливаются в просветы между ними на первую ленту, а остальные соскальзывают по наклонной плоскости на вторую ленту.
Подсушенные изделия с обеих лент ссыпаются на третью ветвь, которая движется с некоторым опережением (450 мм/мин). Температура воздуха в третьей зоне 66-68°С.
Четвертая лента имеет скорость 380 мм/мин, температура воздуха в зоне 56-68°С. На реконструированной линии введен жесткий режим сушки, применимый для лапши и вермишели. Предварительная подсушка изделий на стадии резки и распределение их тонким слоем на двух первых лентах позволяет в первый период добиться более или менее равномерной сушки без коробления продукции. На Уфимской макаронной фабрике на этой линии вырабатывают рожки.
