CC BY
44
Управление качеством товаров и услуг
УДК 368:332.1 ББК 65.9(2)27
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ ПРИ СУШКЕ В СРЕДЕ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА
С.А. Ермаков, В.Е. Тукачев
Статья посвящена сушке макаронных изделий. Новизна состоит в том, что для повышения интенсивности сушки и качества изделий из пшеницы мягких сортов используется среда перегретого пара. Это значительно увеличивает скорость сушки и повышает качество готовой продукции, сокращает время сушки, сокращает энергозатраты. В статье приведены результаты проведенных исследований, получены эмпирические зависимости для инженерных расчетов параметров процесса высокотемпературной сушки в паровой среде. Проведен сравнительный анализ современных известных технологий, таких как «Паван» и «Бюлер» с результатами исследований. По результатам проведенной работы оформлены патенты на технологию «Способ сушки макаронных изделий» и конструкцию «Сушильный шкаф».
Ключевые слова: макаронные изделия, сушка, высокая температура, пар, качество.
Исходным сырьем для производства макаронных изделий служит мука и вода. Качество макаронных изделий существенным образом зависит от качества муки. В России более 80 % макаронных изделий производят из муки мягких сортов пшеницы. Качество муки в настоящее время существенно ухудшилось, что сказалось на качестве производимых макаронных изделий. Это и серый цвет, низкая прочность готовой продукции, большая потеря сухих веществ при варке изделий, слипае-мость и образование комьев. Низкий технический уровень отечественного оборудования и отсталые от мирового уровня используемые технологии не позволяют создать продукцию высокого качества из такого сырья. Динамично развивающийся рынок макаронных изделий предъявляет высокие требования не только к ассортименту, но и к качеству выпускаемой продукции. Поэтому повышение качества изделий из муки мягких сортов пшеницы является актуальной темой для российских производителей. Кроме того, устойчивая тенденция роста цен на энергоносители создает необходимость поиска и создания новых энергосберегающих технологий сушки макаронных изделий, как самой энергоемкой и продолжительной операции технологического процесса.
Наибольшее распространение в существующих технологиях сушки макаронных изделий получил конвективный метод сушки. Основными параметрами конвективной сушки являются температура воздушной среды,
относительная влажность и скорость потока воздуха. Как показал поведенный анализ работ [1-3], тенденция развития технологии сушки макаронных изделий направлена в сторону сокращения продолжительности сушки и повышения потребительских качеств готовой продукции за счет применения более высоких температур сушки. Так, итальянская фирма «Паван» благодаря применению высокотемпературной технологии сократила продолжительность сушки макаронных изделий до 2 ч 45 мин. При этом температура воздуха при сушке составила от 84 до 106 °С. Другой лидер на мировом современном рынке -швейцарская фирма «Бюлер» - сократила продолжительность сушки до 2 ч 15 мин для коротких и 4 ч 25 мин - для длинных макаронных изделий. Температура сушки - от 95 до 105 °С. Благодаря применению высоких температур сушки удалось не только существенно сократить время сушки, но и улучшить качество макаронных изделий, в частности, значительно увеличить прочность изделий, улучшить кулинарные свойства и внешний вид макаронных изделий, сократить время варки до готовности, уменьшить потерю сухих веществ. Кроме того, тепловая обработка изделий при высоких температурах сушки значительно повышает гигиенические свойства продукта (пастеризация). Заслуживает внимания тот факт, что применение высоких температур позволяет улучшить цветность макаронных изделий. Из работы [4] известно благотворное влияние кратковременной, до 2 мин, обработки сырых макаронных изделий
перед сушкой паром при температуре 95-98 °С, с влажностью 95-100 %, на скорость удаления влаги и прочность изделий. Однако, как отмечают авторы, увеличение длительности воздействия с 2 до 5 мин приводит к увеличению продолжительности сушки в 2 раза. Большой интерес в связи с этим представляет сушка макаронных изделий в среде перегретого пара при высоких температурах. Известно применение перегретого пара для сушки влажного торфа, бетонных блоков [5], однако сушка макаронных изделий при высоких температурах в среде перегретого пара для повышения качества и снижения продолжительности до настоящего времени никем не применялась. Для поиска новой технологии сушки, позволяющей значительно сократить время сушки и использовать для изготовления макаронных изделий муку мягких сортов пшеницы с низким содержанием клейковины, авторами были проведены экспериментальные исследования.
Методика эксперимента Установка для экспериментального исследования процесса высокотемпературной сушки состояла из двух последовательно соединенных секций. Каждая секция содержала герметичный теплоизолированный корпус с размерами 1,25x1,25x1,25 м. Внутри каждого корпуса был установлен электровентилятор, над которым крепились нагревательные элементы (ТЭНы), для создания пара распыляли через форсунку на ТЭНы воду. Макаронные изделия укладывались в стопку из трех лотков и перемещались при сушке по направляющим, снабженными роликами. Параметры сушки, такие, как температура, относительная влажность воздушной среды задавались с пульта управления и поддерживались автоматически. Скорость потока воздуха в каждой секции обеспечивалась электровентилятором по замкнутому конуру и составляла и = 1,0-1,5 м/с. Время сушки составляло последовательное дискретное перемещение лотков с макаронными изделиями по двум секциям. Длина секции кратна двум длинам потока. Время перемещения задавалось с пульта управления в секундах и составило от 180 до 900 с. В экспериментах температура сушки варьировалась от 65 до 120 °С. Относительная влажность воздушной среды изменялась от 30 до 100%. Макаронные изделия изготавливались из хлебопекарной муки влажностью 12-
15 % с клейковиной от 23 до 25 %. Влажность теста во всех экспериментах составляла 33 %.
В процессе проведения исследования измерялись следующие параметры: влажность муки и теста (в процентах) с точностью 0,2 %; температура воздуха с точностью ±0,5 °С; относительная влажность воздушной среды с точностью ±1,5 %; влажность макаронных изделий с точностью 0,2 % (анализатором влажности «ЭВЛАС-2М»), температура макаронных изделий с точностью 0,5 °С; время сушки с точностью до 1,0 с, масса макаронных изделий на лотке с точностью 1,0 г. Контроль пе-регретости паровой среды осуществляли по температуре и величине избыточного давления манометром с точностью 0,01 МПа. Результаты проведенных измерений обрабатывали и вычисляли следующие параметры.
• Прочность изделий после сушки определяли на «приборе Строганова». Величина прочности вычислялась как среднее арифметическое результатов десяти измерений, полученные данные заносились в таблицу наблюдений.
• Цветность изделий определяли визуально, методом сравнения образцов на белом листе бумаги.
• Потери сухих веществ определялись классическим методом. Количество сухих веществ, перешедших в воду при варке, вычисляли как сумму сухого остатка и влажности изделий, отнесенных к начальной массе изделий, взятых на варку, в процентах, с точностью до 0,1 %.
• Скорость сушки вычисляли как изменение влажности продукта за фиксированный промежуток времени. Измерение влажности производили отбором проб через промежуток в 1-2 мин. Изменение влажности между измеряемыми точками, отнесенное к интервалу времени, составляло среднее значение величины скорости сушки на этом интервале. Измеряли в %/мин, с точностью 0,01 %/мин.
• Температура макаронных изделий определялась прямым измерением величины термопарой, заглубленной в толщину изделия. Измерения проводили через равные промежутки времени.
Каждый эксперимент повторялся не менее четырех раз. Результаты многократных экспериментальных измерений обрабатывались и для дальнейшего анализа строились в виде характерных графических зависимостей.
Обсуждение результатов
Результаты проведенного исследования после обработки представлены в виде графиков.
Так, на рис. 1 представлена зависимость влия- температуре 100 °С макаронные изделия под-
ния температуры воздушной среды на про- горают и имеют коричневый цвет. При влаж-
должительность сушки. ности 45-50 % - жёлтый привлекательный
Рис. 1. Зависимость продолжительности сушки от температуры воздушной среды для разных видов макаронных изделий: 1 - рожки гладкие 0 3,5 мм; 2 - гребешок; 3 - змейка 0 7 мм; 4 - рожки 0 5,6 мм
Как показал анализ, увеличение температуры сушки от 90 °С и выше сопровождается улучшением цветности изделий. Макаронные изделия имеют желтый привлекательный цвет. Кроме того, сокращается время сушки. Так, при температуре сушки 65 °С продолжительность составила один час до влажности
16 %. С увеличением температуры до 95 °С время сушки уменьшилось до 24 мин, а при температуре 120 °С время сушки составило 15 мин. Улучшаются и микробиологические показатели, так как при высоких температурах изделия подвергаются пастеризации. Существенно увеличивается прочность изделий (в 2-3 раза). Сокращается время варки изделий до 5-7 мин. Сокращается потеря сухих веществ. По результатам проведенной работы получена эмпирическая зависимость, имеющая вид 22-104 1 Т2
в диапазоне от 90 до 120 °С погрешность составляет 1,5%, а в области от 60 до 90 °С -6 %. Таким образом, результаты исследования показали, что продолжительность сушки обратно пропорциональна квадрату температуры. Существенное влияние на качество изделий при сушке оказывает и влажность воздушной среды. Так, при влажности 30 % и
вид, а при влажности более 75 % имеет место комкование и слипание изделий. Анализ результатов показал, что в начале сушки целесообразно применять более высокие температуры с последующим их снижением. Это приводит к увеличению скорости сушки с 0,8 до 1,8-2,5 %/мин и снижению продолжительности сушки до конечной влажности 13 %.
В процессе проведения экспериментов измерялась величина испаряемой за время сушки влаги. На рис. 2 представлена графическая зависимость как отношение испаряемой при сушке влаги и времени сушки в зависимости от температуры и влажности воздушной среды.
Как видно из представленного графика (см. рис. 2), зависимость носит линейный характер. Математическая обработка полученных результатов экспериментов позволила получить инженерную формулу для расчета количества испаряемой при сушке влаги в зависимости от температуры и влажности воздушной среды. Эмпирическая формула имеет вид
Тг
Ди=—23—, ф; -0,129
где ди - количество выпаренной влаги, г; Т -температура воздушной среды, °С; г - время сушки, мин; ф - относительная влажность
воздуха, %; 0,129 - коэффициент пропорциональности; 1 - номер секции сушилки.
Рис. 2. Зависимость количества испаренной влаги от температуры и влажности: 1 -1 секция; 2 - II секция
Для оценки величины погрешности расчета по эмпирической формуле с экспериментальными данными приведем один из более сорока примеров.
Пример расчетов: для изготовления макаронных изделий «рожки гладкие» 0 3,5 мм была взята хлебопекарная мука влажностью 14,09 %. Влажность теста составляла 34,4 %. Макаронные изделия сушились при следующих режимах: температура в первой секции Т1 = 108 °С при относительной влажности <р 1 = 48 %, температура во второй секции Т2 = 98 °С при влажности ср2 = 46%, продолжительность сушки составила 19,3 мин (290 с). Конечная влажность изделий \у = = 12,48 %, при этом было выпарено 330 г влаги. Расчет по формуле показал, что при указанных режимах в первой секции испарится Д111 = = 168,3 г, во второй - Ди2 = = 159,4 г или за время сушки Ди = ДИ) + Ди2 = = 327,7 г. Погрешность 0,7 %.
На рис. 3 представлена кинетика сушки макаронных изделий известных зарубежных фирм в сравнении с сушкой в среде перегретого пара, полученной в исследованиях, в едином временном интервале.
Как видно из приведенного графика (см. рис. 3), продолжительность сушки макаронных изделий с использованием новой технологии существенно меньше зарубежных аналогов. Как показали результаты сравнения данной технологии с известными аналогами, подобной технологии в нашей стране нет. Существуют аналогичные технологии высокотемпературной сушки за рубежом, в частности, на фирме «Паван» (Италия) и фирме
«Бюлер» (Швейцария). Так, фирма «Паван» применяет в своем оборудовании технологию сушки «ТА8» (термоактивная система) с температурой сушки макаронных изделий от 84 до 95 °С с чередованием активной зоной сушки с пассивной в течение 8 циклов. При этом относительная влажность воздушной среды изменялась от 40 до 80 % соответственно. Продолжительность сушки составила 2 ч, при этом изделия подвергались вибросушке в «Тробатто», затем предварительной и окончательной сушке. Фирма «Бюлер» применяет технологию «Турботерматик» (термоудар) с температурой сушки макаронных изделий от 90 до 97 °С. При относительной влажности воздуха 85 % продолжительность сушки коротких изделий составила 2 ч 45 мин. Проведенный сравнительный анализ известных технологий с полученной при данных исследованиях показал некоторые преимущества новой технологии. Первое заключается в использовании при сушке перегретого пара, что позволяет осуществить прогрев макаронных изделий за 2,5-3,0 мин, в то время, как у аналогов это достигается за 15-20 мин. Вторая особенность в режиме сушки в две стадии, со ступенчатым снижением температуры и влажности воздушной среды, при более высоких температурах от 100-110 до 95-98 °С при влажности 45-50 %. Это позволяет создавать скорости сушки 1,8-2,5 %/мин, в то время как в технологиях «Паван» и «Бюлер» скорости сушки составляют 0,45-0,48 %/мин. Третье отличие состоит в том, что в аналогах гидротермическое воздействие на изделия проводится кратковременно не более 25 % общего времени сушки, а в созданной технологии ее проводят на всем протяжении сушки, сушка проводится в паровой среде. В результате проведенной работы была создана новая технология высокотемпературной сушки макаронных изделий в среде перегретого пара. На новую технологию оформлена заявка и получены № 2259787 «Способ сушки макаронных изделий» и патент № 2208341 на устройство «Шкаф сушильный».
Выводы
Проведенные экспериментальные исследования высокотемпературной сушки макаронных изделий в среде перегретого пара позволили:
1) улучшить качество макаронных изделий (желтый цвет, высокая прочность, стек-ловидность, снижение времени варки) при
Рис. 3. Сравнительная зависимость продолжительности сушки для различных известных технологий сушки: 1 - старая змейка; 2 - новая змейка; 3 - рожки 0 3,5 мм; 4 - рожки 0 5,5 мм; 5 - вермишель 1,5 мм; 6 - гребешок
использовании муки мягких сортов пшеницы с содержанием клейковины от 23 до 28 %;
2) сократить продолжительность сушки макаронных изделий до конечной влажности за 15-24 мин;
3) определить оптимальные режимы сушки, которые реализуются при температуре от 90 до 110 °С, при относительной влажности от 45 до 50 % и избыточном давлении пара 0,03-0,04 МПа;
4) использовать эмпирические формулы для инженерных расчетов времени сушки и количества испаренной при этом влаги.
Литература
1. В фокусе: журнал. - Италия: Изд. «Pavan е Mapimpianti», 2000. - С. 13-17.
2. Pavan, G. L ’impiego dell alta temperature nel processo di essiccazione delle paste alimentary // Tecnica Molitoria. —1979. — № 5.- P. 362-370.
3. Пищевая промышленность: журнал. -1992.-№8.-С. 30-33.
4. Назаров, Н.И. Термообработка макаронных изделий перед сушкой // в кн.: Технология макаронного производства /Н.И. Назаров и др. - М.: Пищевая промышленность, 1978. - С. 216-219.
5. Михайлов, Ю.А. Сушка перегретым паром: автореф. дис. ... канд. наук/М.А. Михайлов. - М.: Энергия, 1967. - 22 с.
Поступила в редакцию 30 мая 2008 г.
Ермаков Сергей Анатольевич. Профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Машины и аппараты пищевых производств» Уральского государственного экономического университета, г. Екатеринбург. Область научных интересов - тепло- и массообменные процессы.
Ermakov Sergey Anatolevich. Professor, Dr.Sc. (Engeneering), Head of the Machines and Devices of Fod Production Department of the Ural State Economic University, Ekaterinburg. Professional interests: heat nad massexchange processes.
Тукачев Валерий Егорович. Начальник лаборатории фирмы ЗАО НПФ «Теко», г. Миасс, Челябинская обл.
Tukachev Valery Egorovich. Head of the laboratory of the Joint-Stock Company Scientific Production Company “Teko”, Miass.
E-mail: tukachev53@mail.ru
